Aprenda sobre a tecnologia de preparação de filmes finos em um artigo

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O crescimento epitaxial do filme fino é um método de preparação de material essencial que é amplamente utilizado em dispositivos semicondutores, optoeletrônicos e nanotecnologia.

Esse processo envolve a deposição de átomos ou moléculas da camada de material por camada na superfície do substrato para formar um filme com propriedades e estrutura específicas, de modo que seu processo de crescimento afeta diretamente a estrutura do filme e suas propriedades finais.

Comparados com materiais a granel, os filmes finos têm as características de fácil preparação, modificação fácil e baixo custo. Ao mesmo tempo, os dispositivos baseados -- são menores em massa e tamanho e são mais fáceis de integrar com Si - CMOs baseados e micro - electro -} Sistema mecânico (mems) tecnologias para obter alta integração.

Atualmente, a tecnologia para preparar filmes finos inclui principalmente a deposição de pulverização, evaporação a vácuo, epitaxia de feixe molecular (MBE), deposição de banho química (CBD) e outros métodos.

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Método de evaporação a vácuo

A evaporação a vácuo é um método de aquecimento de matérias -primas (também conhecido como alvos) no recipiente do evaporador em uma câmara de vácuo, sublimando seus átomos ou moléculas para formar um fluxo de vapor, transportando -os para a superfície de um substrato sólido com um filme mais baixo. O equipamento de revestimento de evaporação a vácuo inclui principalmente câmara de vácuo, fonte de evaporação ou aquecedor de evaporação, substrato, aquecedor de substrato e termômetro. Normalmente, o ponto de fusão do material depositado pela evaporação térmica precisa estar abaixo de 1500 graus e a taxa de evaporação é ajustada pela quantidade de corrente de aquecimento durante o processo de deposição. Para garantir a uniformidade da composição e a espessura do filme evaporado e a repetibilidade do processo de evaporação, também é necessário equipar adicionalmente a tabela rotativa de substrato e o sistema de monitoramento de espessura parcial de filme. O revestimento de evaporação a vácuo consiste em três processos principais, como mostrado na figura:

Tomar a evaporação do feixe de elétrons como exemplo, primeiro, o alvo de fase - sólido é transformado em uma fase de vapor em alta temperatura.

Em seguida, os átomos ou moléculas vaporizadas são transportadas entre a fonte de evaporação e o substrato e o número de colisões entre o gás - partículas de fase e as moléculas de gás residual no setor de vácuo que o vôo é diretamente afetado pelo vácuo e a distância entre o alvo e o subtrato, que determina o patho livre do que o livre do vácuo e a distância do alvo e do subtrato, que determina o patho livre. Vapor - partículas de fase na superfície do substrato, que envolve as principais etapas como vapor - condensação do material de fase, formação do centro de nucleação, crescimento da nucleação e, finalmente, a formação de um filme contínuo.

Como a temperatura do substrato é significativamente menor que a temperatura alvo, o gás - partículas de fase sólida passarão por um gás direto - transição de fase sólida na superfície do substrato. É importante enfatizar que todas as etapas do processo acima devem ser concluídas em um ambiente de alto vácuo. Se o vácuo for insuficiente, as partículas evaporadas colidirão frequentemente com as moléculas residuais de gases, o que não apenas levará à contaminação da camada do filme por impurezas para formar óxidos, mas também pode ser difícil formar uma estrutura de filmes uniforme e densa devido ao efeito de espalhamento de moléculas de gás, além do alvo. A evaporação a vácuo tem sido usada para fabricar filmes finos há décadas e é muito versátil.

Nos últimos anos, a fim de inibir ou evitar a reação química entre matérias -primas e recipientes de filme em altas temperaturas, muitas melhorias foram feitas nos cadinhos e métodos de aquecimento, como: usando alto calor do ponto de fusão - resistente ao nitrido de nitrido de nitrido; Usando um feixe de elétrons ou laser como fonte de aquecimento, uma pequena área da superfície da matéria -prima é aquecida para que a área atinja uma temperatura alta instantaneamente.

Em resposta aos requisitos crescentes para o desempenho funcional do filme, os métodos de evaporação e evaporação seqüenciais e evaporação da fonte são usados ​​para fabricar filmes compostos com composições complexas ou multi -} filmes compostos.

Além disso, os pesquisadores desenvolveram um método de evaporação da reação para filmes compostos que tendem a segregação componentes durante a evaporação.

O método de evaporação a vácuo tem as vantagens de baixo custo, equipamento simples e operação fácil, e o mecanismo de crescimento do filme depositado por esse método é simples, a pureza do filme é alta, a espessura do filme é precisa e controlável e os gráficos claros podem ser obtidos usando a placa de máscara. A principal desvantagem desse método é que a energia cinética do gás - átomos de fase produzidos pela evaporação térmica é menor que a deposição de pulverização, e a ligação entre o substrato e o substrato após o Re -} é fraca, o que pode ser melhorado pelo aquecimento do submarino.

Método de deposição de pulverização

A tecnologia de deposição de pulverização é um ramo importante da tecnologia de deposição de vapor físico (PVD). Funciona usando energia de radiofrequência ou vigas a laser para ativar gases rarefeitos (AR, O2, N2, etc.) na câmara de vácuo para formar plasma de energia alta -. Os íons nesses plasmas aceleram o bombardeio da superfície alvo sob a ação do campo elétrico, e os átomos alvo obtêm energia suficiente para se afastar da escravidão da treliça através da transferência de energia cinética e depois migrar em forma gasosa e depositar na superfície do substrato para formar um filme fino.

A tecnologia de deposição de pulverização atualmente usada principalmente inclui pulverização de diodos, pulverização em tripolo, pulverização reativa e pulverização de magnetron, entre os quais a pulverização de magnetron é a tecnologia de deposição de filmes finos mais amplamente utilizada e industrializada, e seus equipamentos e princípios são mostrados na figura.

Essa tecnologia constrói um campo magnético fechado em uma câmara de vácuo e sua direção paralela à superfície alvo pode limitar o plasma e os elétrons secundários à área próxima ao alvo, aumentando a eficiência da ionização do argônio. Esse efeito de confinamento magnético pode aumentar simultaneamente o número de partículas altas - carregada de energia e sua energia cinética no plasma, aumentando bastante o efeito de bombardeio de altas -} partículas de energia na superfície do alvo de atingir um aumento significativo na taxa de deposição de filmes finos.

Devido à alta taxa de formação de filmes, os átomos não têm tempo suficiente para migrar para a posição mais baixa de energia na treliça de cristal, de modo que os filmes semicondutores preparados usando a pulverização de magnetron geralmente têm alta densidade de defeitos.

No entanto, essa técnica pode ser usada para depositar grandes áreas de filmes finos e pode obter controle preciso da espessura do filme através de osciladores de cristal de quartzo.

Método de deposição de banho químico

O primeiro filme dos compostos de sal de chumbo depositados usando o método CBD é a PBS, que remonta à era da Segunda Guerra Mundial. Nos anos sessenta do século passado, essa tecnologia tem sido amplamente usada para depositar filmes de PBSE. O diagrama esquemático de dispositivos e princípios comuns de reator CBD é mostrado na figura:

Sob certas condições, o precursor passa por uma reação de hidrólise para produzir Pb 2+ e SE2- na solução, e quando a concentração desses dois íons aumenta para exceder a constante da concentração da solução, a precipitação do PBSE será gerada a partir da solução para formar um filme PBSE.

As fontes pb 2+ são geralmente Pb (NO3) 2 e Pb (CH3COO) 2, e as fontes de íons SE2- são (NH2) 2CSE e Na2Seso3.

0040-02544 parte superior do corpo, DPS metal

A tecnologia principal da tecnologia CBD para depositar filmes finos é regular a reação de hidrólise dos precursores e controlar a taxa de deposição e a qualidade da formação de filmes dos filmes de PBSE, controlando a concentração de precursores, pH, temperatura da reação, tempo de reação e outros parâmetros do processo.

O processo CBD é o método convencional para preparar filmes PBSE devido ao seu dispositivo simples, formação rápida de filme, baixo custo do processo e fácil controle da reação.

Além disso, geralmente reage a temperaturas abaixo de 100 graus e é altamente compatível com materiais de substrato.