RU1816801C - Способ нанесени молибденового покрыти в вакууме - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к техно в гии нанесени  пикрытий в вакууме . Сущность изобретени : процесс нанесени  покрыти  осуществл ют в вакууме при давлении (2,5-3,0) 101 Па и температуре испар емого материала (0,7-0,8)1™, где Тпл - температура плавлени  молибдена. Подложку располагают на рассто нии 1-5 мм от испар емого материала, а температура ее не должна превышать 1000 К. Предлагаемый способ позвол ет увеличить производительность , снизить энергозатраты и наносить слои на внутренние поверхности различных полостей. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к способам нанесени  покрытий в вакууме и может быть использовано в различных отрасл х прибо- ротстроени ,

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности и снижение энергозатрат при нанесении молибденового покрыти  на подложку в вакууме путем повышени  давлени  остаточных газов в вакуумной камере во врем  формировани  молибденового покрыти .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу нанесени  покрытий в вакууме , включающему размещение в рабочей камере подложки напротив материала покрыти , откачку рабочей камеры, нагрев с последующим испарением и конденсацией пара материала покрыти  на подложке, подложку размещают на рассто нии 1-5 мм от испар емого материала, откачку камеры осуществл ют до давлени  6,6 - 5 . Па испар емый материал нагревают до температуры (0.7-0,8)ТПл, где Тпл - температура

плавлени  молибдена, выдерживают в течение 1,5-5 мин, затем давление в камере повышают до (2,5-3) 101 Па, осуществл ют выдержку до получени  требуемой толщины покрыти , затем давление понижают до первоначального, выдерживают влечение 1,5-3 мин и прекращают нагрев материала испар емого на подложку, температура которой в процессе испарени  находитс  в пределах 473-1000 К.

Сущность способа заключаетс  в создании необходимых условий дл  окислени  нагретого до высокой температуры молибдена с образованием диоксида молибдена (МоОа г), который имеет высокое значение давлени  пара при данной температуре.

Непосредственно до формировани  покрыти  и после давление в рабочей камере поддерживают на уровне 6,6 - 5 Па. Создание такого давлени  в камере необходимо в первом случае дл  очистки поверхности испар емого материала от различных загр знений и предотвращени 

(Л

С

00

О 00

о

™ь

еконтролируемого окислени , а во втором лучае дл  прекращени  контролируемого кислени  и нанесени  покрыти  на подожку и подготовки материала покрыти  к последующим циклам нанесени  покрыти , например на другие подложки.

Перевод высокотемпературных материалов обладающих низким давлением насы- ще нног5гт ара вплоть до температур плавлени , непосредственно из конденсированного состо ние в парообразное с последующим конденеирЪванием пара на подложке, т.е. нанесение покрыти ,  вл етс  очень длительным процессом и поэтому малоэффективным и непроизводительным. Испарение же молибдена через его диоксид (МоОа г) позвол ет интенсифицировать процесс испарени  ввиду высокого парциального давлени  пара диоксида, который, соприкаса сь с более холодной, подложкой диспропорционирует с образованием мо-. либдена, который в свою очередь конденсируетс  на подложке. Так, например, парциальное давление пара МоОа г при тем- пеоатуое пооцесса 2026-2316 К составл ет 101-101-5 Па„, что и обуславливает увеличе- ние скорости процесса нанесени  молибдена на подложку. При этом нет необходимости нагревать материал покрыти  (Мо) до температуры его плавлени , что позвол ет снизить энергозатраты. Первоначальна  откачка камера до 5 Па необходима дл  того, чтобы во врем  нагрева испар емого материала и последующей аы- даржки не происходило его окисление, т.е. образование диоксида молибдена, который начнет диспропорционировать на подложке , температура которой еще ниже 473 К, что приведет к образованию некачественного покрыти  Выдержка до процесса нанесени  покрыти , при нагретом испар емом материале, позвол ет произвести подогрев подложки, что также предотвращает образование некачественного покрыти .

Величина давлени  5 Па при первоначальной откачке и повторном снижении давлени  приводитс  как частный конкрет- ный пример, и в данном случае,  вл етс  верхней границей. Давление может быть и ниже, если позвол ют используемые средства откачки. Нижний, предел давлени  должен быть таким, чтобы при нагреве молибдена и последующей выдержке не происходило окисление Мо. Величина этого давлени  составл ет 6,6 Па. При даа- лении несколько выше-, например (8-9) Па, молибден при нагреве начинает заметно окисл тьс .

Повторное снижение давлени  (после процесса испарени  и конденсации Мо на подложку) до первоначального значени  (6,6- 10-5 104 Па), выдержка в течении

1,5-3 мин при нагретом испар емом материале необходимы дл  того, чтобы прекратить процесс окислени  молибдена и произвести возгонку оставшейс  части диоксида с поверхности нагретого молибдена.

Удаление оксида с поверхности нагретого молибдена на заключительной стадии предотвращает при последующих циклах нане- сени-  покрытий неконтролируемое осаждение молибдена на не подогретую

подложку.

Нагрев подложки осуществл етс  за счет теплоизлучени  от нагретого испар емого материала. Поскольку нагрев подложки осуществл етс  за счет теплоизлучени ,

то нагрев ее начинаетс  в тот момент, когда температура испар емого материала равна (0,7-0,8)Тпл (циклограмма представлена на, чертеже). При строгом соблюдении технологических и геометрических (рассто ние от

подложки до испар емого материала) параметров за весь цикл нанесени  покрыти  подложка не нагреваетс  выше 1000 К.

Нижним пределом температуры подложки  вл етс  температура 473 К. Данное

значение температуры определ лось экспериментально и с учетом того, что адгезион- на  прочность (или прочность сцеплени ) между покрытием и подложкой зависит от температуры подложки. Дл  обеспечени 

хорошей прочности покрыти  с подложкой последнюю необходимо подогревать до несколько сотен градусов.

Пример 1. Молибденовое покрытие наносили на кварцевую подложку. Подложку устанавливали на рассто нии 3 мм от испар емого материала, камеру герметизировали , производили откачку до давлени  5 Па. Затем испар емый материал (Мо) нагрев-эли до 2316К и при этой температуре и давлении производили выдержку в течении 1,5 мин. За это врем  подложка прогрелась до 473 К. Затем давление в камере повышали до 3 Па и производили выдер :ку в течении 5 мин. В это врем 

происходит осаждение покрыти  на подложку .

Далее давление в камере понижали до первоначального (5 10г4 Па) и выдёржива- 5 ли еще 3 мин, после чего нагрев испар емого материала прекращали. После охлаждени  подложки камеру открывали и подложку извлекали из камеры. Толщина молибденового покрыти  на подложке составл ла 6 мкм, качество покрыти  хорошее и равномерное.

Пример 2. Подложку размещали над испар емым материалом (Мо) на рассто нии 5 мм. Камеру герметезировали и произ- водили откачку до давлени  5 10 Па, осуществл ли нагрев испар емого материал ла до 2316 К и после 1 мин выдержки давление в камере повышали до 3 Па. С этого момента идет процесс нанесени  мо- либдена на подложку. Температура подложки в это врем  380 К. Далее осуществл ли выдержку в течении 5 мин. Затем давление в камере понижали до первоначального (5 Па), выдерживали 3 мин и нагрев испар емого материала прекращали. После охлаждени  подложки камеру открывали и подложку извлекали Толщина покрыти  составл ла 7 мкм, однако покрытие имело чешуйчатый вид и отставало от подложки, т.е. качество покрыти  плохое.

Таким образом получить качественное молибденовое покрытие на подложке, температура которой ниже 473К (и при предва- рительной выдержке менее 1,5 мин) не представл етс  возможным. Это объ сн етс  следующим: процесс диспропорциони- ровани  газообразного диоксида молибдена (Мо02 газ), т.е. его разложение на чистый Мо и газообразный триоксид (МоОз), наиболее эффективно протекает при его контакте с подложкой, имеющей более низкую температуру. В то JKQ врем , при интенсивном росте сло  молибдена на под- ложке, на границе Мо кварц возникают и развиваютс  остаточные напр жени , которые , при малой адгезионной прочности покрыти  с подложкой, обусловленной низкой температурой последней, привод т к отсло- ению покрыти .

Пр и м е р 3. Нанесение молибденового покрыти  осуществл ли на кварцевую подложку . Подложку размещали над испар емым материалом на рассто нии 1 мм, камеру герметезировали и откачивали до 6,7 Па, испар емый материал нагревали до 2026К, выдерживали 1,5 мин, повышали давление до 2,5 Па (подложка в это врем  имела температуру 473К), осуществл ли выдержку в течении 5 мин. По исте- чении этого времени давление в камере понижали до первоначального, выдерживали 1,5 мин, затем нагрев прекращали. Подложкаохлаждалась , камеру разгерметезировывали и подложку извлека- ли из камеры. Толщина молибденового сло  на подложке 7 мкм, качество хорошее, покрытие равномерное.

П р им е р 4. Нанесение молибденового покрыти  осуществл ли на кварцевую подложку . Подложку размещали над испар емым материалом на рассто нии 5 мм, камеру герметизировали и откачивали до 5 Па, испар емый материал нагревали до 2316К, выдерживали 5 мин, повышали давление до 3 Па (подложка в это врем  имела температуру 1000К), осуществл ли выдержку в течении 5 мин. По истечении этого времени давление в камере понижали до первоначального, выдерживали 3 мин, затем нагрев прекращали. Подложкаохлаждалась , камеру разгерметезировывали и подложку извлекали из камеры. Толщина молибденового сло  на подложке б мкм, качестве хорошее, покрытие равномерное.

Пример 5. Как и в предыдущих примерах, осуществл ли нанесение молибденового покрыти  на кварцевую подложку. Подложку размещали над испар емым материалом на рассто нии 5 мм, камеру герметизировали и откачивали до 8,5 10 Па, испар емый материал нагревали до 2316К, выдерживали 3 мин, повышали давление до 3 Па (подложка в это врем  имела температуру 773К), осуществл ли выдержку в течении 5 мин. По истечении этого времени давление в камере понижали до первоначального , выдерживали 3 мин, затем нагрев прекращали. Подложка охлаждалась, камеру открывали и подложку извлекали из камеры .

Качество покрыти  плохое, отдел етс  от подложки и имеет чешуйчатый вид.

Это подтверждает то, что при давлении в камере 8,5 10 Па Мо с момента начала нагрева окисл етс  и происходит диспро- порционирование диоксида на недостаточно подогретой подложке.

Преимущества предлагаемого технического решени  состо т в увеличении производительности процесса нанесени  молибденового покрыти  на подложку, снижение энергозатрат|фоцесса, а также в воз- можности наносить покрыти  на внутренние поверхности полостей.

Формул а изобретени   Способ нанесени  молибденового покрыти  в вакууме, включающий размещение в вакуумной камере подложки напротив испар емого материала, откачку вакуумной камеры, нагрев материала покрыти  с последующим испарением и конденсацией на подложке, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  производительности процесса , повышени  качества и снижени 

энергозатрат, подложку размещают на рассто нии 1-5,мм от испар емого материала, откачку камеры осуществл ют до давлени  6,6 10 Т1а, испар емый материал нагревают до (0,7-0,8)ТПл, где Тп  - тем- пература плавлени  молибдена, выдерживают в течение 1,5-5,0 мин, затем давление в камере повышают до

(2,5-3) Па, осуществл ют выдержку до получени  требуемой толщины покрыти , затем давление понижают до первоначальной величины 6,7 - 5 Па, выдерживают 1,5-3,0 мин и прекращают нагрев материала, испар емого на подложку , температура которой в процессе испарени  находитс  в пределах 473-1000 К.

т. к

07-08)Тпл

Т.исп

1000

V.IIa

| „

вр

-4 10

ю:3 «Г

кГ1

,0° 10