PL201819B1 - Sposób próżniowego naparowywania cienkiej warstwy tytanu, zwłaszcza na płytkach kwarcowych - Google Patents

Abstract

Sposób próżniowego naparowywania cienkiej warstwy tytanu zwłaszcza na płytkach kwarcowych polegający na tym, że elementy przeznaczone do naparowania elektrod umieszcza się pod kloszem napylarki tak, aby pary tytanu mogły osadzać się na powierzchniach tych elementów a klosz napylarki odpompowuje się do uzyskania wysokiej próżni i parownik ogrzewa się prądem do temperatury intensywnego parowania tytanu, znamienny tym, że naważkę tytanu umieszcza się w parowniku wykonanym z tantalu i odparowuje się tytan przy próżni rzędu 10-4 Pa.

Description

Opis wynalazku

Projekt dotyczy sposobu próżniowego naparowywania cienkiej warstwy tytanu zwłaszcza na płytkach kwarcowych przeznaczonych do rezonatorów wysokostabilnych.

Tytan jest metalem o unikalnych właściwościach. Stosowany jest w wielu dziedzinach techniki zarówno w postaci litej jak i jako cienkie warstwy naparowywane na różne podłoża. Jest metalem o bardzo dużej aktywności chemicznej jednak w kontakcie z tlenem z powietrza, wodą, oraz z azotem tworzy bardzo trwałe warstwy tlenku TiO2 lub TiN powodujące, że staje się pasywny wobec środowiska. Tytan posiada temperaturę topnienia 1672°C zaliczany jest więc do metali trudnotopliwych. Przy próżniowym wytwarzaniu cienkich warstw tytanowych stosuje się metody rozpylania wiązką elektronów lub przez wyładowania elektryczne w gazach rozrzedzonych. Bardzo rzadko stosuje się naparowanie z parowników rezystancyjnych, ponieważ tytan bardzo silnie reaguje z wolframem i molibdenem - metalami używanymi na parowniki. W przypadku nanoszenia warstwy tytanu przez rozpylanie jonowe lub przy użyciu wiązki elektronów proces ten prowadzony jest przy stosunkowo wysokim ciśnieniu gazów w komorze rzędu 0,1^1 Pa, umożliwiającym przepływ prądu elektrycznego. Tytan jako metal o bardzo wysokiej aktywności chemicznej posiada zdolność wiązania gazów zawartych w komorze, a przez to na podłoże naparowuje się warstwa tytanu zawierająca znaczne ilości zaabsorbowanych gazów.

W rezonatorach kwarcowych wysokostabilnych elektrody wykonuje się przez próżniowe naparowanie z parowników wolframowych warstwy złota na płytki kwarcowe. Jednak złoto wykazuje bardzo niską przyczepność do kwarcu. Dla jej poprawy stosuje się warstwę pośrednią z metalu o dobrej przyczepności do kwarcu. Do takich metali należą chrom i tytan. Tytan w porównaniu z chromem posiada znacznie mniejsze zdolności migracji wewnątrz warstwy złota i tworzy ze złotem trwałe związki międzymetaliczne. Dzięki temu warstwa złota na podłożu tytanowym jest trwalsza i bardziej stabilna w czasie. Chrom bardzo słabo reaguje z wolframem i może być naparowywany metodą termiczną, natomiast tytan reaguje z wolframem i z molibdenem tak, że parowniki wystarczają tylko na jeden proces naparowania. W przypadku rezonatorów wysokostabilnych, nie można stosować naparowania elektrod przez wyładowania elektryczne lub za pomocą wiązki elektronów, ponieważ procesy te zachodzą przy znacznie wyższym ciśnieniu w komorze napylarki, niż przy naparowywaniu z parownika. Tytan wykazuje w trakcie odparowania i kondensacji wyjątkową zdolność do absorpcji gazów z wnętrza komory napylarki. W przypadku stosowania naparowywania tytanu wiązką elektronów do nanoszenia elektrod na wibratory rezonatorów kwarcowych, gazy zaadsorbowane w warstwie tytanu podczas naparowywania stopniowo uwalniają się pogarszając próżnię wewnątrz obudowy rezonatora, a równocześnie zmiana masy elektrody wywołuje zauważalne zmiany częstotliwości drgań wibratora. Z tego powodu tytan na podkład pod elektrody rezonatora stosuje się prawie wyłącznie do czujników mikrowag kwarcowych, gdzie nie są istotne zmiany częstotliwości w czasie i można stosować do odparowania tytanu wiązkę elektronów. Termicznie z parowników wolframowych naparowuje się go niezmiernie rzadko. Po każdym procesie konieczna jest wymiana parownika. Jest to kłopotliwe, a rezonatory z tak naparowanymi elektrodami są znacznie droższe od rezonatorów z elektrodami na podkładzie chromu.

Celem wynalazku jest naparowanie próżniowe tytanu w taki sposób, aby absorbowanie w warstwie atomów gazów resztkowych było minimalne i możliwe było wielokrotne powtarzanie procesu bez wymiany parownika.

Istota wynalazku polega na tym, że naważkę tytanu umieszcza się w parowniku wykonanym z tantalu. Elementy przeznaczone do naparowania elektrod umieszcza się pod kloszem napylarki w taki sposób, aby pary tytanu mogły osadzać się na powierzchniach elementów przeznaczonych do pokrycia. Klosz napylarki odpompowuje się do próżni rzędu 10^-4 Pa. Parownik ogrzewa się prądem do temperatury intensywnego parowania tytanu i odparowuje się go.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że tantal nie tworzy stopów z tytanem. Dodatkowo jego wysoka rezystywność właściwa 15,5 Qm, prawie trzykrotnie wyższa niż rezystywność wolframu (5,51 Qm), pozwala na wykonanie parownika przy tej samej rezystancji znacznie grubszego niż z wolframu. Parownik tantalowy nie ulega zniszczeniu pod wpływem kontaktu ze stopionym tytanem, a naparowana warstwa nie zawiera zaadsorbowanych gazów.

P r z y k ł a d

W napylarce próżniowej umieszcza się talerz obrotowy z 20 płytkami kwarcowymi. W parowniku, wykonanym z taśmy tantalowej o grubości 0,2 mm i szerokości 5 mm, umieszcza się 0,1 g tytanu.

PL 201 819 B1

Klosz napylarki odpompowuje się do uzyskania próżni 10^-4 Pa. Parownik ogrzewa się prądem 2A do temperatury intensywnego parowania tytanu, przy czym uzyskuje się szybkość naparowania tytanu 0,5 nm/s. Naparowuje się na wibratory rezonatorów kwarcowych warstwę tytanu o grubości 50 nm, a nastę pnie warstwę złota o gruboś ci 100 nm. Wykonane rezonatory kwarcowe osią gają dł ugoterminową niestałość częstotliwości na poziomie poniżej 5 x 10^-11 na dobę. Po wykonaniu 10-ciu procesów parowania nie stwierdza się uszkodzeń parownika.

Claims (1)

1. Sposób próżniowego naparowywania cienkiej warstwy tytanu zwłaszcza na płytkach kwarcowych polegający na tym, że elementy przeznaczone do naparowania elektrod umieszcza się pod kloszem napylarki tak, aby pary tytanu mogły osadzać się na powierzchniach tych elementów a klosz napylarki odpompowuje się do uzyskania wysokiej próżni i parownik ogrzewa się prądem do temperatury intensywnego parowania tytanu, znamienny tym, że naważkę tytanu umieszcza się w parowniku wykonanym z tantalu i odparowuje się tytan przy próżni rzędu 10^-4 Pa.