RU188587U1

RU188587U1 - Variable Geometry Evaporator for vacuum deposition of thin films

Info

Publication number: RU188587U1
Application number: RU2018125350U
Authority: RU
Inventors: Рудиарий Борисович Бурлаков; Александр Геннадьевич Кузин
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2019-04-17

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для изготовления тонких пленок металлов и полупроводников и может быть использована при вакуумном нанесении пленок из Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Cu, Au, Pd, Pt и Ge, Si. Техническим результатом заявляемого решение является расширение диапазона материала навесок напыляемых материалов при стабильности процесса напыления. Указанный технический результат достигается тем, что предложен испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников, выполненный из электропроводящего материала с высокой температурой плавления и испарения, согласно решения, испаритель выполнен из проволочных элементов, каждый из которых содержит центральную область U-образной формы и концевые участки, при этом концевые участки зафиксированы в токоподводящих крепежных элементах с регулируемой степенью фиксации, с возможность осевого вращения при ослаблении фиксации, крепежные элементы с регулируемой степенью фиксации выполнены медными, испаритель выполнен из не менее трех проволочных элементов из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм.The invention relates to devices for the manufacture of thin films of metals and semiconductors and can be used for vacuum deposition of films of Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt and Ge, Si. The technical result of the proposed solution is to expand the range of the material of the hinges of sprayed materials with the stability of the spraying process. This technical result is achieved by the fact that the proposed evaporator for the vacuum deposition of thin films of metals and semiconductors, made of electrically conductive material with a high melting point and evaporation, according to the decision, the evaporator is made of wire elements, each of which contains a central U-shaped region and end sections, while the end sections are fixed in the current-carrying fasteners with adjustable degree of fixation, with the possibility of axial rotation while loosening fixings, fasteners with an adjustable degree of fixation are made of copper, the evaporator is made of at least three wire elements of tungsten or molybdenum wire with a diameter of 0.8 ÷ 1 mm.

Description

Полезная модель относится к устройствам для изготовления тонких пленок металлов и полупроводников и может быть использована при вакуумном нанесении пленок из Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Cu, Au, Pd, Pt и Ge, Si.The invention relates to devices for the manufacture of thin films of metals and semiconductors and can be used for vacuum deposition of films of Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt and Ge, Si.

Известны устройства для вакуумного нанесения тонких пленок различных веществ (см. например, 1) Заявка JP 56-116873 А, (МКИ С23С 13/12, С23С 7/00), опубл. 12.09.1981; 2) RU №2507304 (Int. Cl. С23С 14/24), опубл. 20.02.2014. Бюл. №5).Known devices for vacuum deposition of thin films of various substances (see, for example, 1). Application JP 56-116873 A, (MKI C23C 13/12, C23C 7/00), publ. 09/12/1981; 2) RU No. 2507304 (Int. Cl. C23C 14/24), publ. 02.20.2014. Bul №5).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов, описанный в патент РФ №2507304. Испаритель выполнен в виде углеродного стержня с продольной канавкой для размещения напыляемого материала, имеющей в поперечном сечении вид трапеции, при этом в канавке размещен объемный элемент в виде отрезка проволоки из W, или Мо, или Та.The closest in technical essence to the claimed utility model and adopted for the prototype is the evaporator for the vacuum deposition of thin films of metals, described in the patent of the Russian Federation No. 2507304. The evaporator is made in the form of a carbon rod with a longitudinal groove to accommodate the sprayed material, having a cross section of a trapezoid, while in the groove there is a volume element in the form of a piece of wire made of W, or Mo, or Ta.

Недостатком указанного испарителя является ограниченный диапазон материала навесок напыляемого материала из-за низкой химической чистоты, получаемых тонких пленок вследствии взаимодействия навесок напыляемого материала например - металлов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Со и Si с углеродом при высоких температурах испарения с образованием высокотемпературных карбидов этих элементов.The disadvantage of this evaporator is the limited range of the material of the weights of the sprayed material due to low chemical purity, the resulting thin films due to the interaction of the weights of the sprayed material such as metals: Al, Ti, Ni, Fe, V, Co and Si with carbon at high evaporation temperatures with the formation high-temperature carbides of these elements.

Технической задачей, заявляемого решения является исключения химического взаимодействия материала из которого изготовлен испаритель и навесок напыляемого материала, а также обеспечение устойчивого размещения навесок напыляемого материала в испарителе при стабильном поведении в процессе напыления.The technical task of the proposed solution is to eliminate the chemical interaction of the material from which the evaporator is made and the weights of the sprayed material, as well as ensuring a stable placement of the suspensions of the sprayed material in the evaporator with a stable behavior during the spraying process.

Техническим результатом заявляемого решение является расширения диапазона материала навесок напыляемых материалов и стабильность процесса напыления.The technical result of the proposed solution is to expand the range of the material of the hinges of the sprayed materials and the stability of the spraying process.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников выполненный из электропроводящего материала с высокой температурой плавления и испарения, согласно решения, испаритель выполнен из проволочных элементов каждый из которых содержит центральную область U-образной формы и концевые участки, при этом концевые участки, зафиксированы в токоподводящих крепежных элементах с регулируемой степенью фиксации, с возможность осевого вращения при ослаблении фиксации, крепежные элементы с регулируемой степенью фиксации выполнены медными, проволочные элементы выполнены из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм.This technical result is achieved by the fact that the proposed evaporator for vacuum deposition of thin films of metals and semiconductors made of electrically conductive material with a high melting point and evaporation, according to the decision, the evaporator is made of wire elements, each of which contains a central region of U-shape and end sections, at the same time, the end sections are fixed in current-carrying fasteners with an adjustable degree of fixation, with the possibility of axial rotation while loosening iksatsii, fasteners with a controlled degree of fixation are made of copper, the wire members are made of tungsten or molybdenum wire diameter of 0,8 ÷ 1 mm.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1, а) показан вид сбоку испарителя и его поперечный разрез (по плоскости А-А) в области токоподводящего крепежного элемента.FIG. 1, a) shows a side view of the evaporator and its cross-section (along plane A-A) in the area of the current-carrying fastener.

На фиг 1, б) - показан вид сверху испарителя в примере его конкретного выполнения с четырьмя проволочными элементами при испарении малых навесок испаряемого вещества и его поперечное сечение (по плоскости В-В).Fig 1, b) shows a top view of the evaporator in the example of its specific implementation with four wire elements during the evaporation of small weights of the evaporated substance and its cross section (along the plane B – B).

На фиг 1, в) - показан вид сверху испарителя в примере его конкретного выполнения с четырьмя проволочными элементами при испарении навесок испаряемого вещества с массой 0,2÷0,4 грамма.Fig 1, c) - shows a top view of the evaporator in the example of its specific implementation with four wire elements when the evaporation of suspensions of the evaporated substance with a mass of 0.2 ÷ 0.4 grams evaporates.

Испаритель с изменяемой геометрией для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников выполнен из электропроводящего материала с высокой температурой плавления и испарения, содержит не менее трех проволочных элементов - 1, каждый из которых выполнен с центральной областью U-образной формы и концевыми участками, а концевые участки, зафиксированы в токоподводящих крепежных элементах - 2 с регулируемой степенью фиксации, с возможность осевого вращения при ослабления фиксации, крепежные элементы с регулируемой степенью фиксации выполнены медными, проволочные элементы выполнены из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 ммThe variable geometry evaporator for vacuum deposition of thin films of metals and semiconductors is made of electrically conductive material with a high melting point and evaporation, contains at least three wire elements - 1, each of which is made with a central region of U-shape and end sections, and the end sections fixed in current-carrying fasteners - 2 with adjustable degree of fixation, with the possibility of axial rotation when loosening fixation, fasteners with adjustable degree fix The elements are made of copper, the wire elements are made of tungsten or molybdenum wire with a diameter of 0.8 ÷ 1 mm

В первом примере выполнения заявляемого вакуумного испарителя для нанесения тонких пленок металлов и полупроводников, изображенного на фиг. 1, а и фиг. 1, б, используемого для получения тонких пленок Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Au, Pd, Pt и Ge, Si с толщинами от 10 до 30 нм, испаритель содержит четыре проволочных элемента - 11 длиной 60÷80 мм, при этом каждый из проволочных элементов - 1 имеет линейные концевые участки, между которыми расположена центральная область U-образной формы с длиной 10÷12 мм и глубиной 8÷10 мм. Линейные концевые участки проволочных элементов 1 зафиксированы токоподводящими крепежными элементами - 2 длиной 8÷9 мм, выполненными в виде 2÷3 слоев медной фольги, имеющей, соответственно, толщину 0,3÷0,2 мм. Проволочные элементы - 1 выполнены из вольфрамовой проволоки диаметром 0,8 мм, при этом два средних проволочных элемента - 1 расположены в центральной области испарителя на 0,4÷0,5 мм ниже крайних элементов - 1.In the first exemplary embodiment of the inventive vacuum evaporator for the deposition of thin films of metals and semiconductors shown in FIG. 1, and FIG. 1, b, used to obtain thin films of Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Au, Pd, Pt and Ge, Si with thicknesses from 10 to 30 nm, the evaporator contains four wire elements - 11 60 ÷ long 80 mm, with each of the wire elements - 1 has a linear end sections, between which is located the central region of the U-shaped form with a length of 10 ÷ 12 mm and a depth of 8 ÷ 10 mm. The linear end sections of the wire elements 1 are fixed by current-carrying fasteners - 2 8–9 mm long, made in the form of 2 ÷ 3 layers of copper foil, respectively, having a thickness of 0.3 ÷ 0.2 mm. The wire elements - 1 are made of tungsten wire with a diameter of 0.8 mm, while the two middle wire elements - 1 are located in the central region of the evaporator 0.4 ÷ 0.5 mm below the extreme elements - 1.

Во втором примере выполнения заявляемого вакуумного испарителя (изображенного на фиг. 1, а и фиг. 1, в), используемого для получения тонких пленок А1 с толщинами от 300 до 500 нм, проволочные элементы - 1 выполнены из вольфрамовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм, при этом между проволочными элементами - 1 в центральной области испарителя выполнены зазоры 0,8÷1 мм, формируемые путем поворота проволочных элементов - 1 относительно оси линейных концевых участков этих элементов, зафиксированы токоподводящими крепежными элементами - 2. In the second exemplary embodiment of the inventive vacuum evaporator (shown in Fig. 1, a and Fig. 1, c) used to obtain thin A1 films with thicknesses from 300 to 500 nm, the wire elements - 1 are made of tungsten wire with a diameter of 0.8 ÷ 1 mm, while between the wire elements - 1 in the central area of the evaporator, gaps of 0.8 ÷ 1 mm are formed, formed by turning the wire elements - 1 relative to the axis of the linear end sections of these elements, fixed by current-carrying fasteners - 2.

При получении тонких пленок Си с толщинами от 200 до 400 нм проволочные элементы 1 выполнены из молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм. Остальные конструктивные данные заявляемого испарителя во втором примере его выполнения аналогичны данным, приведенным выше в первом примере его выполнения.When producing thin films of Cu with thicknesses from 200 to 400 nm, the wire elements 1 are made of molybdenum wire with a diameter of 0.8 ÷ 1 mm. The remaining design data of the claimed evaporator in the second example of its implementation are similar to the data given above in the first example of its implementation.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы испаритель устанавливают в вакуумной камере, при этом токоподводящие крепежные медные элементы - 2 испарителя помещают в контактные зажимы, обеспечивающих пропускание по испарителю электрического тока величиной 100÷250 А. Перед фиксированием токоподводящих крепежных элементов - 2 испарителя(показанного на фиг. 1, а и фиг. 1, б) сближают его проволочные элементы - 1 в центральных областях, затем стягивают токоподводящие медные элементы - 2 винтами контактных зажимов, обеспечивая одновременную фиксацию, как проволочных элементов, так и токоподводящих контактов.The device works as follows. Before starting work, the evaporator is installed in a vacuum chamber, while the current-carrying fixing copper elements - 2 evaporators are placed in contact clamps that allow an electric current of 100 ÷ 250 A to pass through the evaporator. Before fixing the current-carrying fasteners - 2 evaporators (shown in Fig. 1, a and Fig. 1, b) bring its wire elements - 1 in the central regions, then pull the current-carrying copper elements - with 2 screws of the contact clips, providing simultaneous fixation as wire elements ntov, and current-carrying contacts.

Перед зажимом токоподводящих крепежных медных элементов - 2 винтами контактных зажимов во втором примере выполнения испарителя (показанного на фиг. 1, а и фиг. 1, в) формируют зазоры 0,8÷1 мм между проволочными элементами - 1 в центральной области испарителя путем поворота элементов -1 относительно оси линейных концевых участков этих элементов, затем стягивают токоподводящие медные элементы - 2 винтами контактных зажимов, обеспечивая одновременную фиксацию, как проволочных элементов, так и токоподводящих контактов.Before clamping the current-carrying fixing copper elements - 2 screws of the contact clips in the second example of the evaporator (shown in Fig. 1, a and Fig. 1, c) form gaps of 0.8 ÷ 1 mm between the wire elements - 1 in the central area of the evaporator by turning elements -1 relative to the axis of the linear end sections of these elements, then they tighten the current-carrying copper elements - with 2 screws of the contact clips, ensuring simultaneous fixation of both the wire elements and the current-carrying contacts.

После установки вакуумного испарителя в вакуумной камере выполняют его вакуумный отжиг в течение 4÷5 минут при давлении (10^-3÷10^-4) Па и температуре проволочных элементов - 1 в интервале 1200÷1300°С. Затем охлаждают испаритель до температуры 100÷150°С, размещают на центр испарителя навеску одного из материалов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt или Ge, Si в первом примере выполнения испарителя, или навеску Al или Cu во втором примере выполнения испарителя, откачивают воздух из вакуумной камеры до давления (10^-3÷10^-4) Па, производят нагрев навески до температуры ее плавления, при этом расплав навески смачивает проволочные элементы - 1, затем увеличивают температуру проволочных элементов - 1 испарителя до температуры испарения расплава навески и производят испарение расплавленной навески. При этом на поверхности подложки, расположенной над испарителем, формируется тонкая пленка испаренного вещества.After installing the vacuum evaporator in a vacuum chamber, it is vacuum annealed for 4 ÷ 5 minutes at a pressure of (10 ^-3 ÷ 10 ^-4 ) Pa and a temperature of wire elements - 1 in the range of 1200 ÷ 1300 ° C. Then the evaporator is cooled to a temperature of 100 ÷ 150 ° C, a sample of one of the materials Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt or Ge, Si is placed on the center of the evaporator in the first embodiment of the evaporator or a sample of Al or Cu in the second exemplary embodiment of the evaporator, evacuates the air from the vacuum chamber to a pressure of (10 ^-3 ÷ 10 ^-4 ) Pa, heats the sample to its melting temperature, while melting the sample wets the wire elements - 1, then the temperature of the wire elements - 1 evaporator to the temperature of evaporation of the melt sample and produce evaporation of the molten portion. At the same time on the surface of the substrate, located above the evaporator, a thin film of evaporated substance is formed.

Таким образом, заявляемое решение позволяет расширить диапазон материалов навесок напыляемых материалов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Cu, Au, Pd, Pt и Ge, Si при одновременном повышении стабильности процесса напыления.Thus, the proposed solution allows you to expand the range of materials of the spraying materials: Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt and Ge, Si while increasing the stability of the spraying process.

Claims

1. Evaporator for vacuum deposition of thin films of metals and semiconductors, made of electrically conductive material with a high melting point and evaporation, characterized in that it is made of wire elements, each of which contains a central region of U-shaped and end sections, with the end the areas are fixed in the current-carrying fasteners with an adjustable degree of fixation with the possibility of axial rotation while loosening the fixation.

2. The evaporator under item 1, characterized in that the fasteners with an adjustable degree of fixation are made of copper.

3. The evaporator according to claim 1, characterized in that it is made of at least three wire elements of tungsten or molybdenum wire with a diameter of 0.8 ÷ 1 mm.