.
Термодинамічні властивості кожної з можливих структурних модифікацій тонкої плівки описуються енергією Гельмгольца (5) F=U - TS, де U - внутрішня енергія; S - ентропія тонкопленочной системи.
3.1 Формування плівок
Результати численних досліджень свідчать про те, що особливості зародження і росту плівок у різних комбінаціях матеріалів плівки і підкладки в першу чергу визначаються характером їх взаємодії на міжфазній межі підкладка - плівка.
Якісний енергетичний критерій реалізації того чи іншого механізму зростання визначається з умови мінімізації поверхневої енергії системи підкладка - плівка.
.2 Характерні механізми росту плівок
) Механізм припускає зародження плівки шляхом утворення ізопірованних тривимірних острівців - зародків; подальше зростання, що супроводжується збільшенням розмірів острівців, їх коалесценції; в підсумку в залежності від поєднання матеріалів підкладки і плівки і умов зростання формується суцільна полікристалічна або монокристалічна плівці
2) Механізм припускає зародження на поверхні кристалічної підкладки відповідності параметрів кристалічних граток плівки і підкладки; при подальшому зростанні відбувається релаксація пружної деформації шляхом введення на міжфазну межу підкладка - плівка дислокацій, компенсуючих невідповідність параметрів сполучаються решіток і тому називаються дислокаціями невідповідності. Структура і орієнтація плівки визначаються структурою та орієнтацією поверхні підкладки.
3) Механізм припускає двомірне зародження плівки з утворенням тривимірних острівців при подальшому зростанні.
Рис. 9. Механізми росту плівок
Умова , розмежовує реалізацію того чи іншого механізму зростання, можна отримати з аналізу співвідношень між коефіцієнтами поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу поверхні дорівнює вільної енергії одиниці поверхні. Відповідно ці коефіцієнти визначають сили поверхневого натягу, що діють на одиницю елементу довжини кордону розділу. Згідно з цим визначенням сила dF , діє на нескінченно малий елемент dl кордону розділу двох середовищ.
dF =? dl (6)
З умови рівноваги для будь-якого елементу довжини лінії зіткнення підкладки, тривимірного острівця плівки і вакууму отримаємо
? s =? s/F +? Fcos? (7)
.3 Основні стадії процесу осадження
Процес нанесення тонких плівок в технічному вакуумі передбачає реалізацію наступних основних стадій:
освіту газової фази (генерація парів, летких продуктів);
перенесення атомів, частинок речовини від джерела газової фази до поверхні, що покривається;
взаємодія частинок газової фази з поверхнею і освіту тонких плівок.
Всі відомі методи нанесення плівок відрізняються способами генерації газової фази, режимами і умовами масопереносу і плівкоутворення.
Необхідною умовою отримання якісних тонких плівок є створення в робочій камері високого вакууму, що дозволяє:
. Виключити процес окислення при нагріванні металу до високих температур.
. Виключити хімічну взаємодію атомів парової фази з молекулами залишкових газів. Це реалізується за умови:
,
де l - довжина вільного пробігу; d - характерний розмір вакуумної камери; ?- Площа перерізу взаємодії; n - концентрація атомів в газовій фазі.
(8)
Тиск пару у вакуумній камері p і їх концентрація пов'язані співвідношенням p=nkT. Тоді отримаємо наступне вираз для довжини вільного пробігу:
(9)
Так як вільний пробіг молекул в повітрі при тиску 10 - 1 мм рт.ст. становить близько 0,4 мм і збільшується назад пропорційно тиску, то для процесу осадження доводиться відкачувати робочі камери до 10 - 4 мм рт.ст. При такому тиску вільний пробіг досягає 400 мм.
. Завдяки вакууму усувається теплообмін за рахунок теплопровідності газів і конвекції.
. Використання вакууму дозволяє виробляти високоефективне очищення поверхні, видаляти адсорбовані газові шари. Основні методи очищення поверхні полягають у її нагріванні до температури 250 - 300 ° С, при якій відбувається видалення адсорбованих молекул вологи, органічних забруднень і т.д., і іонної обробці поверхні.
При вакуумному осадженні тонких...
