Устройство для плазмохимического осаждения пленок

 

Использование: для химического осаждения пленок из газовой фазы. Устройство содержит охлаждаемый держатель подложек, выполненный в форме цилиндра. Цилиндр снабжен втулкой, закрепленной на нем при помощи резьбы или на трении с уплотняющими прокладками. Подложка закреплена во втулке неподвижно и заподлицо с ней. Втулка выполнена из нетеплопроводного теплозащитного материала, например кварцевого волокнита со стекловидным высокоизлучающим покрытием. Устройство позволяет регулировать температуру подложки в широком диапозоне величин при равномерном прогреве ее поверхности. 2 ил.

Изобретение относится к методам химического осаждения пленок из газовой фазы, в частности в высокотемпературных газовых струях.

Известно устройство для химического осаждения пленок из газовой фазы, состоящее из водоохлаждаемого постамента и подложки [1].

Недостаток устройства заключается в том, что осаждение пленок происходит только при одной фиксированной температуре подложки, величина которой определяется величиной теплового потока к ее поверхности и материалом подложки.

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для химического осаждения пленок в газовой струе, состоящее из цилиндрического водоохлаждаемого постамента и подложки [2].

Недостаток данного устройства - возможность регулировать температуру подложки при фиксированном тепловом потоке к ее поверхности. В то же время известно, что в методах химического осаждения из газовой фазы, например, алмазоподобных покрытий, температура подложки является критическим параметром, определяющим химический состав и морфологию наносимых пленок.

Цель изобретения - регулирование температуры подложки.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для осаждения пленок из газовой фазы, содержащем подложку и охлаждаемый держатель в виде цилиндра, подложка закреплена заподлицо во втулке из нетеплопроводного теплозащитного материала, которая соединена с цилиндром с возможностью взаимного осевого перемещения.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются дополнение его втулкой из нетеплопроводного теплозащитного материала, установка втулки на цилиндре с возможностью ее перемещения и закрепление подложки во втулке заподлицо с ее торцовой поверхностью.

Введение втулки из теплозащитного материала позволяет исключить радиальные утечки тепла на подложке при ее нагреве и, следовательно, обеспечить эффективный и равномерный нагрев подложки. Наличие возможности взаимного перемещения втулки с подложкой и цилиндра позволяет регулировать температуру подложки. Установка подложки во втулку заподлицо устраняет неоднородность температурного поля на поверхности подложки, возникающую при ее нагреве в струе высокотемпературного газа. Заявляемое устройство по сравнению с прототипом позволяет регулировать температуру подложки при сохранении высокой изотермичности на ее поверхности в широком диапазоне температур.

На фиг.1 показано устройство, вариант с теплоизолирующими прокладками и резьбовым креплением втулки; на фиг. 2 - то же, вариант без прокладок с креплением втулки на трении и схемой укладки термопары.

Устройство состоит из водоохлаждаемого цилиндра 1, подложки 2, втулки 3, резьбовой втулки 4, теплоизолирующих прокладок 5 и термопары 6.

Втулка 3, в которой неподвижно закреплена подложка 2, может соединяться с цилиндром 1 либо с помощью резьбовой втулки 4 (фиг.1), либо на трении с помощью уплотняющих прокладок (фиг.2). В первом случае резьбовая втулка 4 должна быть закреплена во втулке 3 неподвижно, например на клею или с помощью винтов или шпилек. Втулка 3 может иметь скругления на внешней кромке (фиг.1). Между подложкой 2 и цилиндром 1 могут размещаться одна или несколько теплоизолирующих прокладок 5 в цилиндре по оси может быть выполнено отверстие для прокладки термопары 6 к задней поверхности подложки 2 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом. Подложку 2 закрепляют во втулке 3 заподлицо, а втулку 3 устанавливают на охлаждаемый держатель 1. Устройство вводят в высокотемпературный газовый поток с углеродсодержащими компонентами. Температура подложки будет определяться величиной теплового потока к ее поверхности, ее толщиной и материалом, а также толщиной слоя прокладок и их материалом. Прокладки могут быть изготовлены, например, из волокнистой керамики, металлической фольги или высокотемпературной теплоизоляционной бумаги. При выполнении прокладок из мягкого материала или стопки их необходимо поджать завинчиванием маски для устранения воздушных промежутков. Минимальная температура подложки достигается при отсутствии прокладок и прижимании подложки к цилиндру. Температура подложки может также изменяться без прокладок путем изменения ширины газового зазора между ней и цилиндром (фиг.2). При необходимости контроля температуры подложки в ее заднюю стенку зачеканивают термопару, провод которой выводят через отверстия в водоохлаждаемом цилиндре. Термопара может также быть использована и при наличии прокладок, в этом случае в них также выполняется отверстие.

Диаметр отверстий должен быть небольшим, чтобы не исказить температурного поля подложки.

Заявляемое устройство испытано на индукционном плазмотроне в потоке высокотемпературного аргона. Втулка была изготовлена из кварцевого волокнита со стекловидным высокоизлучающим покрытием. Подложки диаметром 30 мм и толщиной 5 мм изготавливались из титана. Прокладки были выполнены из высокотемпературной теплоизоляционной бумаги на основе нитевидных кристаллов SiC. Температура контролировалась хромель-алюмелевой термопарой и достигала 1100^оС.

Устройство позволяет регулировать температуру подложки в широком диапазоне величин при равномерном прогреве по ее поверхности и, следовательно, оперативно подбирать оптимальные режимы химического осаждения при экспериментальной обработке методов химического осаждения пленок.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК, содержащее охлаждаемый держатель для подложки, выполненный в форме цилиндра, отличающееся тем, что, с целью регулирования температуры подложки, цилиндр снабжен втулкой, в которой неподвижно закреплена подложка и которая выполнена из нетеплопроводного теплозащитного материала и соединена с держателем с возможностью взаимного осевого перемещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2