Метод лазерного випаровування

Методом лазерного випаровування легко наносяться напівпровідникові матеріали, більшість металів і їх сплавів. Це пов’язано з тим, що лазерне напилення, в порівнянні з традиційними методами отримання тонких плівок, має багато переваг:

• безконтактність нагріву;

• можливість значної концентрації енергії випромінювання на поверхні плівки;

• широкий діапазон швидкостей випаровування;

• відсутність джерел забруднення речовини, що випаровується;

• висока точність регулювання всіх параметрів випаровування;

• отримання плівок більш високої якості (за хімічним складом);

• отримання плівок із речовин, які неможна випаровувати звичайними методами;

• висока локальність зони випаровування і зони нанесення плівки (можливість отримувати плівки мікроскопічного розміру);

• можливість випаровування любих речовин, зокрема включаючи і метали з високою температурою плавлення (W, Mo, Ta, Nb та ін.);

• економічна ефективність методу в умовах серійного виробництва тонкоплівкових елементів.

• Процес лазерного напилення можна поділити на три основні етапи:

• взаємодія лазерного випромінювання з матеріалом мішені (поглинання лазерного випромінювання, нагрів мішені і її випаровування в зоні дії лазерного випромінювання, формування паро-плазмового факелу;

• розліт факелу;

• утворення плівки в наслідок зіткнення продуктів розпилення з нашим матеріалом, конденсації і кристалізації.

Схема лазерного напилення тонких плівок у квазізамкненому об’ємі наведена на рис.3. Швидкість конденсації тонкого шару (V_k) при лазерному розпиленні:

V_k=E_i∙β/Ω∙ρ∙l²∙τ_k,

де E_i∙- енергія лазерного імпульсу; β – ефективність випаровування мішені (~0.01 мг/Дж при τ_і=10 нс); Ω – тілесний кут розльоту пари (при лазерному розпиленні Ω≈60°=π/3≈1,05; ρ – густина речовини мішені; l – відстань мішень-підкладка; τ_к – час конденсації за один імпульс (~10^-5 c при τ_і=10 нс). Товщина моношару одержаного за один імпульс d₀=V_k∙ τ_k складає не більше кількох ангстрем.

Рис.3. Схема установки для лазерного випаровування металічних мішеней.

1 – реакційна розпилювальна камера; 5 – мішень;

2 – вакуумна камера; 6 – підкладка;

3, 4 – системи напуску; 7 – манометр.

Будова і правила експлуатації вакуумного поста вуп-5м

ВУП-5М призначений для одержання тонких плівок методом термічного випаровування. Вакуумний пост ВУП-5М конструктивно оформлений у вигляді металевого зварного стола. У центрі на столі розташована плита, на якій закріплені напилювальні пристрої. Через вакуумне ущільнення плита з’єднується зі скляним балоном, звідки за допомогою відкачувальних систем відкачується повітря і створюється необхідне розрідження. У передній частині стола – пульт керування та пристрої електроживлення вакуумного поста. Всередині стола (центральній частині) розташована вакуумна система приладу. Вона складається з розподільчого механізму, двох вакуумних насосів – попереднього та високого вакууму, вакууму трубопроводів, форвакуумного балона, засобів вимірювання вакууму. Всередині стола також розташовані понижувальні трансформатори для живлення термічних випарників, перемикачі та пускові реле механічного і парамасляного насосів. Стіл та електричні комунікації надійно заземлені.