RU2471705C1 - Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation - Google Patents

Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation Download PDF

Info

Publication number
RU2471705C1
RU2471705C1 RU2011124164/05A RU2011124164A RU2471705C1 RU 2471705 C1 RU2471705 C1 RU 2471705C1 RU 2011124164/05 A RU2011124164/05 A RU 2011124164/05A RU 2011124164 A RU2011124164 A RU 2011124164A RU 2471705 C1 RU2471705 C1 RU 2471705C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
evaporation
substrate
cell
vacuum chamber
powder
Prior art date
Application number
RU2011124164/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Юрьевич Свечников
Владимир Георгиевич Станкевич
Константин Александрович Меньшиков
Алексей Михайлович Лебедев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2011124164/05A priority Critical patent/RU2471705C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2471705C1 publication Critical patent/RU2471705C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in non-linear optics and pyroelectric devices. Before film precipitation padding is prepared by separation of thin layer from highly oriented pyrographite by means of double-sided adhesive tape. C60F18 powder is loaded into evaporation cell, placed into vacuum chamber, container with prepared padding is installed at the distance from 10 to 40 mm from it. Evaporation of C60F18 powder is performed by heating of evaporation cell to 120-170 °C, supporting padding temperature 18-25 °C. Device of padding introduction into vacuum includes vacuum chamber, sluice device with straight through valve and flange-window for replacement and loading of paddings, rod, made with possibility of reciprocating movement and rotation, holder with padding. Device for fluorofullerene evaporation includes means of mechanical and thermal protection, control and regulation of heating temperature, mounting and positioning of constituting elements, tubular heater and means for placement of evaporated substance. Tubular heater is made in form of quartz tube 8 with coiled outside wire heater 7. Means of mounting and positioning are made in form of stud 4 for console fixation of cell, screw with nut 9 and clamp, located on ceramic pole 11, installed in round base of evaporation cell. Means of positioning include alundum dual channel tube 6 for thermocouple 5.
EFFECT: invention makes it possible to simplify film obtaining, as well as servicing and repair of equipment, reduce energy consumption and increase reliability.
12 cl, 2 dwg

Description

Данное предложение может быть использовано для получения и исследования тонких пленок, различных покрытий и наноматериалов с температурой испарения до 600°С. Предложение направлено на совершенствование способа осаждения новых наноматериалов, которыми являются мономолекулярные пленки фторфуллерена С60F18 на различных подложках. В молекуле C60F18 размером ~1 нм (приблизительно 1 нм) 18 атомов фтора группируются только с одной стороны каркаса С60, что приводит к большому электрическому дипольному моменту (ЭДМ), около 10-13 дебаев. Благодаря этому молекула C60F18 может проявлять сегнето- или пироэлектрические свойства, т.е. это соединение может быть интересно с точки зрения создания упорядоченных структур, необходимых для применений в нелинейной оптике, в пироэлектрических и других устройствах. Отдельную актуальность работы представляет возможность создания тонких монослойных поляризованных по ЭДМ покрытий, в которых молекулы строго ориентированы вдоль одного направления. На данный момент процессы осаждения тонких пленок C60F18 на различные подложки не изучены. Кроме того, составляющие данное предложение ячейка и вакуумная камера имеют более простую конструкцию, чем используемые в настоящее время, и могут применяться при получении пленок разных материалов в условиях высокого или низкого вакуума в небольших коммерческих фирмах в экономичном режиме напыления, что особенно актуально для испарения дорогостоящих и/или агрессивных материалов.This proposal can be used to obtain and study thin films, various coatings, and nanomaterials with an evaporation temperature of up to 600 ° C. The proposal is aimed at improving the method of deposition of new nanomaterials, which are monomolecular films of fluorofullerene C 60 F 18 on various substrates. In a C 60 F 18 molecule with a size of ~ 1 nm (approximately 1 nm), 18 fluorine atoms are grouped only on one side of the C 60 framework, which leads to a large electric dipole moment (EDM), about 10–13 Debye. Due to this, the C 60 F 18 molecule can exhibit ferro- or pyroelectric properties, i.e. this compound can be interesting from the point of view of creating ordered structures necessary for applications in nonlinear optics, pyroelectric and other devices. Of particular relevance to the work is the possibility of creating thin monolayer EDM polarized coatings in which the molecules are strictly oriented along one direction. Currently, the processes of deposition of thin films of C 60 F 18 on various substrates have not been studied. In addition, the cell and the vacuum chamber constituting this proposal have a simpler design than those currently used, and can be used to produce films of various materials under high or low vacuum conditions in small commercial firms in an economical spraying mode, which is especially important for the evaporation of expensive and / or aggressive materials.

Уровень техникиState of the art

Среди известных способов термического вакуумного испарения с осаждением мономолекулярных слоев фуллеренов С60 и C70 имеется наиболее распространенный способ испарения с помощью "лодочки" из тугоплавких металлов типа W, Та, Мо, как, например, в работе Т.Ohno, S.Yatsuya "Growth offullerene nanoparticles prepared by the gas-evaporation technique". Journal of Materials Science, 33 (1998) 5843-5847 /1/ при испарении из вольфрамовой лодочки порошков C60 и C70:Among the known methods of thermal vacuum evaporation with the deposition of monomolecular layers of C 60 and C 70 fullerenes, there is the most common method of evaporation using a “boat” of refractory metals such as W, Ta, Mo, as, for example, in T.Ohno, S. Yatsuya " Growth offullerene nanoparticles prepared by the gas-evaporation technique. " Journal of Materials Science, 33 (1998) 5843-5847 / 1 / upon evaporation of powders C 60 and C 70 from a tungsten boat:

"…Чистота исходных материалов (Texas Fullerenes Corp.) составляла 99,9% для С60 и 99% для С70. Испарение проводилось в большинстве случаев из вольфрамовой лодочки (6×80×0.1 мм3), нагретой до температуры Ts в интервале от 1000 до 1300°С в атмосфере аргона при давлении Аr от 0.7 до 2.6 кПа. Чтобы исследовать эффект от влияния температуры испарения на кристаллическую структуру и габитус наночастиц С70, порошок С70 испарялся из танталовой лодочки, которая была покрыта танталовым куском с двумя отверстиями типа пинхол (англ. pinhole), который нагревался до Ts=1750°С."... The purity of the starting materials (Texas Fullerenes Corp.) was 99.9% for C 60 and 99% for C 70. Evaporation was carried out in most cases from a tungsten boat (6 × 80 × 0.1 mm 3 ) heated to a temperature of T s in ranging from 1000 to 1300 ° C in an argon atmosphere at a pressure of Ar from 0.7 to 2.6 kPa. to investigate the effect of the evaporation temperature on the crystal structure and habit nanoparticles C 70 powder C 70 evaporated from a tantalum boat which was covered with a tantalum piece with two pinhole holes (eng. pinhole), which was heated to Ts = 1750 ° C.

(pinhole - малое отверстие в микронной области, "булавочное отверстие") см., например: «Энциклопедии Стеноп - Википедия, ru.wikipedia.org»).(pinhole - a small hole in the micron region, "pin hole") see, for example: "Encyclopedias Stenop - Wikipedia, en.wikipedia.org").

Образцы для исследования с помощью электронной микроскопии собирались после 1 секунды испарения на различных боковых расстояниях L от напыленного центра и на вертикальном расстоянии V от лодочки..."Samples for research using electron microscopy were collected after 1 second of evaporation at various lateral distances L from the sprayed center and at a vertical distance V from the boat ... "

Недостатком способа осаждения /1/ из лодочки является, в частности, большое количество расходуемого порошка С60 (стоимостью около 1000 Евро за 1 г), что при использовании данного метода напыления экономически разорительно.The disadvantage of the method of deposition / 1 / from the boat is, in particular, a large amount of expendable powder C 60 (costing about 1000 Euro per 1 g), which is economically ruinous when using this spraying method.

Испарение проводят также из промышленных тиглей разного типа, как, например, описано в работе A. Goldoni, G. Paolucci "The interaction оf С60 with Ag(100):Evaporation is also carried out from industrial crucibles of various types, as, for example, described in the work of A. Goldoni, G. Paolucci "The interaction of C 60 with Ag (100):

strong predominantly ionic bonding", Surface Science 437 (1999) 353-361, /2/, где испаряли порошок С60 из Та тигля на подложку из Ag, температура которой была 700К или осаждали несколько монослоев на подложку при комнатной температуре и затем нагревали до 700К (чтобы десорбировать лишнее и оставить 1 монослой).strong predominantly ionic bonding ", Surface Science 437 (1999) 353-361, / 2 /, where C 60 powder from Ta crucible was evaporated on an Ag substrate at a temperature of 700 K or several monolayers were deposited on a substrate at room temperature and then heated to 700K (to desorb excess and leave 1 monolayer).

Недостатком данного метода напыления также является использование большего количества порошка для напыления более толстой пленки, а также образование дополнительных дефектов при испарении данной толстой пленки до мономолекулярной толщины.The disadvantage of this spraying method is the use of a larger amount of powder for spraying a thicker film, as well as the formation of additional defects during the evaporation of this thick film to a monomolecular thickness.

Испаритель типа лодочки или тигля, как и испарение из них, можно рассматривать в качестве известных решений-аналогов к предложенному решению (способу испарения и устройству).An evaporator such as a boat or crucible, as well as evaporation from them, can be considered as well-known solutions-analogues to the proposed solution (evaporation method and device).

Об использовании ячейки Кнудсена WKC3 при испарении металлов сообщается, например, в диссертации Bjørn FISCHER (на стр.9): NUCLEATION AND GROWTH IN METAL-ON-METAL EPITAXY:THE INFLUENCE OF STRAIN AND SURFACE RECONSTRUCTION THÈSE №1773 (1998), см. http://ipn2.epfl.ch/LSEN/jvb/pdf_files/Bjørn_thesis_1998.pdf/…(3).The use of the Knudsen WKC3 cell in the evaporation of metals is reported, for example, in the dissertation of Bjørn FISCHER (on page 9): NUCLEATION AND GROWTH IN METAL-ON-METAL EPITAXY: THE INFLUENCE OF STRAIN AND SURFACE RECONSTRUCTION THÈSE No. 1773 (1998), see http://ipn2.epfl.ch/LSEN/jvb/pdf_files/Bjørn_thesis_1998.pdf/...(3).

Кроме того, в США и Германии имеется ряд фирм, которые выпускают разнообразные ячейки Кнудсена, например это фирмы AJA International Inc. Evaporation Systems (США), Comstock Inc. (США), Торас (США, http://www.topac.com/kcel.html), Tectra GmbH (Германия), Henniker Scientific (Германия). Большинство данных ячеек используется для высокотемпературного испарения пленок (250-1500°С) большой площади и имеют большие габариты и используемые мощности нагревателей (от 125 Вт до 3.5 кВт).In addition, in the USA and Germany there are a number of companies that produce a variety of Knudsen cells, for example, these are AJA International Inc. Evaporation Systems (USA), Comstock Inc. (USA), Toras (USA, http://www.topac.com/kcel.html), Tectra GmbH (Germany), Henniker Scientific (Germany). Most of these cells are used for high-temperature evaporation of films (250-1500 ° С) over a large area and have large dimensions and the used power of heaters (from 125 W to 3.5 kW).

В качестве прототипа для Способа осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена C60F18 на подложку выбрана публикация (см. статья «V.M.Mikoushkin et al, Core Electron Level structure in C60F18 Fluorinated Fullerenes…»).As a prototype for the Method of deposition of monomolecular films of C 60 F 18 fluorofullerene onto a substrate, a publication is selected (see the article "VMMikoushkin et al, Core Electron Level structure in C 60 F 18 Fluorinated Fullerenes ...").

Однако в указанном решении имеются следующие недостатки:However, this decision has the following disadvantages:

- высокая энергоемкость, ненадежность в эксплуатации.- high energy intensity, unreliability in operation.

- сложность изготовления, обслуживания и ремонта,- the complexity of manufacturing, maintenance and repair,

- недостатки в ассортименте готовой продукции, в диапазоне вакуумирования - для применения при получении пленок разных материалов в условиях высокого или низкого вакуума в экономичном режиме напыления при испарении дорогостоящих и/или агрессивных материалов.- shortcomings in the assortment of finished products, in the range of evacuation - for use in the preparation of films of different materials in high or low vacuum conditions in an economical spraying mode when evaporating expensive and / or aggressive materials.

Предложенное решение обеспечивает технический результат, состоящий в следующем:The proposed solution provides a technical result, consisting in the following:

- снижена энергоемкость, повышена надежность в эксплуатации.- reduced energy intensity, increased reliability in operation.

- упрощены процессы изготовления, обслуживания и ремонта,- simplified manufacturing, maintenance and repair processes,

- устранены недостатки в ассортименте готовой продукции, в диапазоне вакуумирования - для применения при получении пленок разных материалов в условиях высокого или низкого вакуума в экономичном режиме напыления при испарении дорогостоящих и/или агрессивных материалов.- shortcomings in the assortment of finished products in the vacuum range have been eliminated - for use in the production of films of different materials in high or low vacuum conditions in an economical spraying mode during the evaporation of expensive and / or aggressive materials.

Указанное обеспечено предложенной совокупностью существенных признаков.The specified provided by the proposed combination of essential features.

Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена C60F18 на подложку включает операции подготовки подложки, испарения порошка C60F18 в вакуумной камере и осаждение его мономолекулярной пленки на подложку, при этомThe method of deposition of monomolecular films of C 60 F 18 fluorofullerene on a substrate includes the steps of preparing the substrate, evaporating the C 60 F 18 powder in a vacuum chamber and depositing its monomolecular film on the substrate, wherein

- осуществляют загрузку порошка C60F18 в испарительную ячейку, вводят испарительную ячейку с порошком в вакуумную камеру, устанавливают контейнер с подложкой для напыления пленки в вакуумной камере, причем подготовка подложки состоит в отделении с помощью двусторонней липкой ленты от используемого высокоориентированного пиролитического графита HOPG тонкого слоя и его размещение в контейнер непосредственно перед загрузкой в вакуумную камеру, при этом вакуумную откачку камеры проводят до получения базового вакуума приблизительно 10-9 мбар, перед испарением порошка производят обезгаживание испарительной ячейки с порошком C60F18 с помощью прогрева испарительной ячейки до температуры 110-120°С в течение 12-15 часов, при вакуумировании, испарение порошка C60F18 производят посредством нагрева испарительной ячейки до температуры 120-170°С, осаждение тонкой пленки C60F18 производят на подложки, имеющие поддерживаемую температуру 18-25°С, размещение подложки осуществляют на расстоянии от 10 до 40 мм от корпуса испарительной ячейки;- the C 60 F 18 powder is loaded into the evaporation cell, the evaporation cell with the powder is introduced into the vacuum chamber, the container with the substrate for spraying the film in the vacuum chamber is installed, and the preparation of the substrate consists in separating thin HOPG highly oriented pyrolytic graphite with the help of double-sided adhesive tape layer and placing it in the container immediately before loading into the vacuum chamber, the vacuum evacuation of the chamber is carried out until a base vacuum of about 10 -9 IBA Before evaporation produce powder degassing evaporation cell powder C 60 F 18 via the warm-evaporation cell to a temperature 110-120 ° C for 12-15 hours under vacuum treatment, evaporation powder C 60 F 18 produced by heating the evaporation cell to a temperature of 120 -170 ° C, thin film C 60 F 18 is deposited on substrates having a maintained temperature of 18-25 ° C, the substrate is placed at a distance of 10 to 40 mm from the body of the evaporation cell;

- нагрев испарительной ячейки с порошком осуществляют до температуры испарения порошка C60F18 140-160°С при мощности нагревателя 2-3 Вт, используя источник питания постоянного тока, при этом создают вакуум не хуже 7×10-9 мбар;- heating the evaporation cell with the powder is carried out to a temperature of powder evaporation of C 60 F 18 140-160 ° C with a heater power of 2-3 W using a DC power source, while creating a vacuum no worse than 7 × 10-9 mbar;

- процесс напыления пленки производят на подложку до диаметра 7-10 мм и осуществляют до толщины пленки от 0.1 до 1 монослоя;- the process of film deposition is carried out on a substrate up to a diameter of 7-10 mm and is carried out up to a film thickness of 0.1 to 1 monolayer;

- расстояние от корпуса испарительной ячейки до подложки s выбирают в пределах 15-25 мм.;- the distance from the housing of the evaporation cell to the substrate s is selected within 15-25 mm .;

- скорость осаждения пленки выбирают в пределах 0.01-0.1 нм/с.- the deposition rate of the film is selected in the range of 0.01-0.1 nm / s.

Прототипом для устройства ввода подложки в вакуум является а.с. SU 322421, Кл. С23С 13/08, 1972, «ВАКУУМНАЯ НАПЫЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА», / Изобретение относится к технологии производства радиоаппаратуры и может быть использовано для изготовления интегральных криотропных схем методом напыления через трафареты…/.The prototype for a device for introducing a substrate into a vacuum is a.c. SU 322421, CL С23С 13/08, 1972, "VACUUM SPRAY INSTALLATION", / The invention relates to the production technology of radio equipment and can be used for the manufacture of integrated cryotropic circuits by spraying through stencils ... /.

Однако в указанном решении не обеспечены простота конструкции, расширение ассортимента готовой продукции, расширение диапазона вакуумирования - для применения при получении пленок разных материалов в условиях высокого или низкого вакуума в экономичном режиме напыления при испарении дорогостоящих и/или агрессивных материалов, повышение качества получаемого продукта, снижение энергоемкости оборудования, повышение ремонтопригодности.However, the indicated solution did not provide for simplicity of design, expansion of the range of finished products, expansion of the vacuum range — for use in the preparation of films of different materials under high or low vacuum in an economical spraying mode when evaporating expensive and / or aggressive materials, improving the quality of the resulting product, reducing energy intensity of equipment, maintainability.

Техническая задача, на которую направлено изобретение - создание более простой конструкции, чем используемые в настоящее время, расширение ассортимента готовой продукции, расширение диапазона вакуумирования - для применения при получении пленок разных материалов в условиях высокого или низкого вакуума в экономичном режиме напыления при испарении дорогостоящих и/или агрессивных материалов, повышение качества получаемого продукта, снижение энергоемкости оборудования, повышение ремонтопригодности.The technical problem to which the invention is directed is to create a simpler design than currently used, expand the range of finished products, expand the vacuum range for use in the production of films of different materials under high or low vacuum in an economical spraying mode when expensive and / or aggressive materials, improving the quality of the resulting product, reducing the energy intensity of equipment, increasing maintainability.

Решение указанной технической задачи обеспечено совокупностью существенных признаков предложенного решения, а именно:The solution to this technical problem is provided by a set of essential features of the proposed solution, namely:

устройство ввода подложек в вакуум для осаждения на них мономолекулярных пленок фторфуллерена, включающее вакуумную камеру, имеющую фланец, шлюзовое устройство для смены и загрузки подложек в вакуумную камеру, выполненное с возможностью периодического отсечения от объема вакуумной камеры, шток, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, держатель с подложкой,a device for introducing substrates into a vacuum for deposition of monomolecular fluorofullerene films on them, including a vacuum chamber having a flange, a lock device for changing and loading substrates into a vacuum chamber, configured to periodically cut off from the volume of the vacuum chamber, a rod made with the possibility of reciprocating movement holder with backing,

при этомwherein

шлюзовое устройство снабжено прямопролетным клапаном, шток выполнен с возможностью вращения вокруг направления своего возвратно-поступательного перемещения, подложка закреплена на держателе посредством введенного в устройство контейнера и размещена в контейнере, причем контейнер имеет резьбовое соединение с держателем, шток и контейнер снабжены байонетными средствами соединения между собой, при этом шлюзовое устройство для смены и загрузки подложек в вакуумную камеру снабжено фланцем-окном.the gateway device is equipped with a straight-through valve, the rod is rotatable around the direction of its reciprocating movement, the substrate is fixed to the holder by means of a container inserted into the device and placed in the container, the container being threadedly connected to the holder, the rod and container are equipped with bayonet means for interconnecting each other while the lock device for changing and loading the substrates into the vacuum chamber is equipped with a flange-window.

При этомWherein

- манипулятор размещен в вакуумной камере с возможностью позиционирования подложки от испарительной ячейки на расстоянии s в пределах 10-40 мм;- the manipulator is placed in a vacuum chamber with the ability to position the substrate from the evaporation cell at a distance s within 10-40 mm;

- испарительная ячейка выполнена диаметром d 20-25 мм;- the evaporation cell is made with a diameter of d 20-25 mm;

- по меньшей мере один из фланцев вакуумной камеры выполнен с проходным диаметром более 25 мм.- at least one of the flanges of the vacuum chamber is made with a passage diameter of more than 25 mm

Прототипом устройства для испарения фторфуллерена C60F18 является публикация статьи Ходорковского М.А. и др., Газодинамические параметры сверхзвукового молекулярного пучка, обогащенного молекулами фуллеренов (Журнал технической физики, 2003, т.73, вып.5, с.с.1-4, рис.1).The prototype device for the evaporation of fluorofullerene C 60 F 18 is the publication of an article by M. Khodorkovsky et al., Gas-dynamic parameters of a supersonic molecular beam enriched in fullerene molecules (Journal of Technical Physics, 2003, v.73, issue 5, pp. 1-4, Fig. 1).

Техническая задача, решаемая предложенным решением и, соответственно, технический результат состоят в:The technical problem solved by the proposed solution and, accordingly, the technical result consists in:

- использовании более экономичного испарителя, с точки зрения расхода испаряемого материала,- the use of a more economical evaporator, in terms of consumption of the evaporated material,

- снижении стоимости, энергоемкости, упрощении обслуживания, ремонта, расширении функциональности,- reducing cost, energy consumption, simplifying maintenance, repair, expanding functionality,

- возможности напылять любые материалы с температурой испарения до 600°С,- the ability to spray any materials with an evaporation temperature of up to 600 ° C,

- снижении мощности нагревателя, которая при напылении поликристаллического- reducing the power of the heater, which when spraying polycrystalline

порошка C60F18 составляет менее 3 Вт,C 60 F 18 powder is less than 3 W,

- миниатюризации ячейки, которая ведет также к малой инерционности ячейки (быстро нагревается и остывает), к напылению малых площадей с размером пленки менее 10 мм и к экономному расходованию напыляемого материала (в данном случае - дефицитного поликристаллического порошка С60F18).- miniaturization of the cell, which also leads to a low inertia of the cell (it quickly heats up and cools down), to the deposition of small areas with a film size of less than 10 mm and to the economical use of the sprayed material (in this case, scarce C 60 F 18 polycrystalline powder).

Реализация указанного обеспечена совокупностью существенных признаков.The implementation of this is provided by a combination of essential features.

Устройство для испарения фторфуллерена C60F18 включает ограниченный объем в виде испарительной ячейки, трубчатый нагреватель, средство для размещения испаряемого вещества, причем оно дополнительно снабжено средствами механической и тепловой защиты, включая внешнее ограждение, средствами контроля и регулирования температуры нагрева, средствами монтажа и позиционирования составляющих элементов, трубчатый нагреватель выполнен в виде кварцевой трубки с намотанным снаружи проволочным нагревательным элементом, средства монтажа и позиционирования составляющих элементов выполнены в виде шпильки для консольного крепления ячейки, винта с гайкой и хомута для крепления выводов проволочного нагревателя, размещенных на керамической стойке, установленной в круглом основании испарительной ячейки,The device for the evaporation of fluorofullerene C 60 F 18 includes a limited volume in the form of an evaporation cell, a tubular heater, means for accommodating the vaporized substance, and it is additionally equipped with mechanical and thermal protection, including an external fence, means for controlling and regulating the heating temperature, mounting and positioning means of constituent elements, the tubular heater is made in the form of a quartz tube with a wire heating element wound from the outside, mounting means and position the component elements are made in the form of a stud for cantilever mounting of the cell, a screw with a nut, and a clamp for attaching the leads of the wire heater placed on a ceramic rack installed in the round base of the evaporation cell,

при этомwherein

- нагревательный элемент выполнен из вольфрам-рениевой проволоки;- the heating element is made of tungsten-rhenium wire;

- средства позиционирования включают размещенную в полости кварцевой трубки алундовую двухканальную трубку.- positioning means include placed in the cavity of the quartz tube alundum double channel tube.

Предложенное решение поясняется графически представленными иллюстрациями.The proposed solution is illustrated graphically presented illustrations.

На Фиг.1 - испарительная ячейка (модернизированная ячейка Кнудсена), поз.16 на фиг.2 (увеличено).In Fig.1 - evaporation cell (upgraded Knudsen cell), pos.16 in Fig.2 (enlarged).

На Фиг.2 - устройство ввода подложек в вакуум, где позициями обозначены:Figure 2 - device for introducing substrates into a vacuum, where the positions indicated:

1 - круглое основание испарительной ячейки 16 (ячейки Кнудсена);1 - the round base of the evaporation cell 16 (Knudsen cell);

2 - пустотелый стакан, куда помещается испаряемое вещество;2 - a hollow glass where the evaporated substance is placed;

3 - дно пустотелого стакана 2;3 - the bottom of the hollow glass 2;

4 - шпилька для консольного крепления ячейки внутри камеры ячейки;4 - hairpin for cantilever mounting the cell inside the cell chamber;

5 - термопара (в отверстии дна стакана 2);5 - thermocouple (in the hole in the bottom of the glass 2);

6 - алундовая двухканальная трубка для термопары;6 - alunda two-channel tube for a thermocouple;

7 - проволочный нагреватель стакана 2;7 - wire heater cup 2;

8 - кварцевая трубка;8 - quartz tube;

9 - винт с гайкой для крепления выводов проволочного нагревателя 7;9 - screw with nut for fastening the conclusions of the wire heater 7;

10 - хомут для крепления выводов проволочного нагревателя 7;10 - clamp for mounting the conclusions of the wire heater 7;

11 - керамическая стойка;11 - ceramic rack;

12 - кожух испарительной ячейки (ячейки Кнудсена);12 - casing of the evaporation cell (Knudsen cell);

13 - винт крепления кожуха 12;13 - screw fastening the casing 12;

14 - отверстие для выхода испаряемого материала из пустотелого стакана 2;14 - hole for the exit of the evaporated material from the hollow glass 2;

15 - вакуумная камера;15 - a vacuum chamber;

16 - испарительная ячейка (ячейка Кнудсена);16 - evaporation cell (Knudsen cell);

17 - фланец для испарительной ячейки 16;17 - flange for the evaporation cell 16;

18 - шлюзовое устройство;18 - gateway device;

19 - фланец крепления шлюзового устройства;19 - flange mounting gateway device;

20 - подложка;20 - substrate;

21 - контейнер для переноса подложки;21 is a container for transferring a substrate;

22 - держатель контейнера;22 - container holder;

23 - прямопролетный клапан;23 - straight-through valve;

24 - фланец-окно для ввода контейнера с подложкой из атмосферы в шлюз;24 - a flange-window for entering a container with a substrate from the atmosphere into the gateway;

25 - шток.25 - stock.

Вся конструкция испарительной ячейки 16 (фиг.2) подробно показана на Фиг.1. Все детали испарительной ячейки 16 закрепляются на круглом основании 1. Диаметр ячейки составляет d=20-24 мм, а длина части, закрытой цилиндрическим кожухом, выбрана в пределах 40-45 мм. Собственно испаритель состоит из пустотелого стакана 2 (для размещения испаряемого материала, например порошка С60F18), который навинчивается по резьбе на дно 3. Дно 3 с помощью шпильки 4 (диаметром 2.0-2.5 мм) с гайками закрепляется на основании 1. В дне 3 имеются два отверстия для термопары 5, провода которой выводятся через алундовую двухканальную трубку 6. Проволочный нагреватель 7 свободно, без непосредственного контакта, навит вокруг кварцевой трубки 8. Концы проволочного нагревателя закреплены винтами 9 с гайками М2 на металлических хомутах 10. Хомуты 10, в свою очередь, обжимаются вокруг керамических стоек 11. Вся конструкция закрывается кожухом 12, закрепляемым на винтах 13.The entire design of the evaporation cell 16 (figure 2) is shown in detail in figure 1. All parts of the evaporation cell 16 are fixed on a circular base 1. The diameter of the cell is d = 20-24 mm, and the length of the part covered by a cylindrical casing is selected within 40-45 mm. The evaporator itself consists of a hollow cup 2 (for accommodating the evaporated material, for example, powder C 60 F 18 ), which is screwed onto the bottom 3 by thread. The bottom 3 is fastened with nuts 4 (diameter 2.0-2.5 mm) to the base 1. B bottom 3 there are two holes for a thermocouple 5, the wires of which are led through an alundum two-channel tube 6. A wire heater 7 is freely wound around a quartz tube 8. Without ends, the ends of the wire heater are fixed with screws 9 and nuts M2 on metal clamps 10 The clamps 10, in turn, are crimped around the ceramic pillars 11. The entire structure is closed by a casing 12, mounted on screws 13.

При этом следует учитывать, что «кожух испарительной ячейки 12 есть, по выполняемой функции ее «внешнее ограждение».It should be borne in mind that “the casing of the evaporation cell 12 is, by its function, its“ external enclosure ”.

Стакан 2 имеет отверстие 14 для выхода испаряемого материала.The glass 2 has an opening 14 for the exit of the evaporated material.

Расположение испарительной ячейки, шлюзового устройства и подложки в вакуумной камере приведено на Фиг.2.The location of the evaporation cell, airlock device and the substrate in the vacuum chamber is shown in Fig.2.

На Фиг.2 показана вакуумная камера 15, испарительная ячейка 16, закрепленная на фланце 17, шлюзовое устройство 18, закрепленное на фланце 19, и подложка 20, на которую напыляется материал из испарительной ячейки 16.Figure 2 shows the vacuum chamber 15, the evaporation cell 16, mounted on the flange 17, the gateway device 18, mounted on the flange 19, and the substrate 20, on which the material is sprayed from the evaporation cell 16.

При конструировании испарительной ячейки 16 учитывались следующие обстоятельства:When designing the evaporation cell 16, the following circumstances were taken into account:

- ячейка должна нагреваться по возможности быстрее, чтобы при минимальном времени переходного режима испарения выйти на нужный температурный режим при минимальной электрической мощности нагрева, чтобы избежать нагрева окружающих деталей и уменьшить десорбцию газов с них. Для этого размер и масса собственно нагреваемого испарителя (испарительной ячейки 16) сделаны минимальными, а крепление его сделано консольным, т.е. на одной тонкой длинной шпильке 4 диаметром ⌀ 2-3 мм из аустенитной нержавеющей стали для уменьшения тепловых потерь по деталям крепления (аустенитная нержавеющая сталь имеет минимальную теплопроводность из всех металлов). Пустотелый стакан 2 ячейки, навинченный на дно 3, размещен в прозрачной кварцевой трубке 8 и закрыт тонкостенным кожухом 12 из нержавеющей стали;- the cell should heat up as quickly as possible, so that at the minimum time of transitional evaporation, it reaches the desired temperature mode with the minimum electric heating power, in order to avoid heating of the surrounding parts and to reduce the desorption of gases from them. For this, the size and mass of the evaporator itself (the evaporation cell 16) are made minimal, and its fastening is made cantilever, i.e. on one thin long hairpin 4 with a diameter of ⌀ 2-3 mm made of austenitic stainless steel to reduce heat loss in the fasteners (austenitic stainless steel has a minimum thermal conductivity of all metals). A hollow glass 2 cells, screwed to the bottom 3, is placed in a transparent quartz tube 8 and closed with a thin-walled casing 12 made of stainless steel;

- при малых размерах испарительной ячейки при «висячем» горизонтальном положении нагревательного элемента из проволоки (проволочный нагреватель 7) трудно избежать замыканий при тепловых деформациях, поэтому нагреваемый испаритель помещен в прозрачную кварцевую трубку 8, на которую свободно, без непосредственного контакта, наматывается нагревательный элемент 7: вольфрам-рениевая проволока диаметром 00,35 мм /от 0,3 до 0,4 мм/ (чистый вольфрам после нагрева легко ломается при встряхивании ячейки при монтаже и пр.).- with a small size of the evaporation cell with a “hanging” horizontal position of the heating element made of wire (wire heater 7) it is difficult to avoid short circuits due to thermal deformations, therefore, the heated evaporator is placed in a transparent quartz tube 8, onto which the heating element 7 is wound freely, without direct contact : tungsten-rhenium wire with a diameter of 00.35 mm / from 0.3 to 0.4 mm / (pure tungsten easily breaks after heating by shaking the cell during installation, etc.).

Кроме того, необходимость контроля температуры испарителя с помощью термопар (для увеличения надежности используют две дублирующие термопары хромель-алюмель) в сочетании с необходимостью время от времени загружать напыляемый материал обусловливает возможность крепить термопары на неподвижной и не снимаемой при загрузке части испарителя. В связи с этим испаритель выполнен из двух развинчивающихся частей: неподвижного дна 3 с наружной резьбой, которое закрепляется на консоли-шпильке 4 и в отверстия которого вставляются две термопары 5, и навинчивающегося на это дно стакана 2, образующего вместе с дном 3 пустотелую камеру с отверстием 14 для вылета испаряемого материала.In addition, the need to control the temperature of the evaporator using thermocouples (to increase reliability, two duplicate chromel-alumel thermocouples are used) in combination with the need to load the sprayed material from time to time makes it possible to mount the thermocouples on a fixed part of the evaporator that is not removed when loading. In this regard, the evaporator is made of two unscrewable parts: a fixed bottom 3 with an external thread, which is fixed on the console stud 4 and into the openings of which two thermocouples 5 are inserted, and a cup 2 screwed onto this bottom, forming together with the bottom 3 a hollow chamber with hole 14 for the departure of the evaporated material.

Подложка 20 крепится на контейнере 21, который, в свою очередь, ввинчен по резьбе в держатель 22 контейнера. Держатель 22 контейнера закреплен на оси манипулятора (на Фиг.2 не показан). Манипулятор позволяет передавать движение подложке 20 при нахождении ее в вакуумированном объеме - вращение и линейное перемещение и, таким образом, поворачивать подложку 20 к испарительной ячейке и отворачивать подложку от нее. Кроме того, манипулятор необходим для того, чтобы поставить байонетный разъем контейнера 21 в нужное положение по отношению к штоку 25 в момент переноса контейнера 21 с подложкой 20 на держатель 22 контейнера и обратно.The substrate 20 is mounted on the container 21, which, in turn, is screwed into the holder 22 of the container. The holder 22 of the container is mounted on the axis of the manipulator (not shown in FIG. 2). The manipulator allows you to transfer the movement of the substrate 20 when it is in the evacuated volume - rotation and linear movement and, thus, turn the substrate 20 to the evaporation cell and turn the substrate away from it. In addition, the manipulator is necessary in order to put the bayonet connector of the container 21 in position with respect to the rod 25 at the time of transfer of the container 21 with the substrate 20 to the container holder 22 and vice versa.

Подложки, находящиеся в вакуумной камере, можно заменять без напуска воздуха через шлюзовое устройство 18, которое имеет прямопролетный клапан 23, фланец-окно 24 для ввода (и вывода) контейнера 21 с подложкой 20 из атмосферы в шлюзовый объем с последующей откачкой. Фланец-окно 24 используется не только для ввода-вывода контейнера, но и для визуального контроля его движения. Контейнер с помощью байонетного соединения надевается на шток 25 через открытый фланец-окно 24 (при этом прямопролетный клапан закрыт), фланец-окно закрывается, производится откачка шлюзового объема (откачные устройства не показаны), открывается прямопролетный клапан 23 и с помощью линейного движения штока 25 (со стороны атмосферы шток уплотняется поджатыми фторопластовыми кольцами) контейнер подводится к держателю контейнера в вакуумной камере и ввинчивается в держатель контейнера. После этого шток вручную вращательным и поступательными движением выводится из байонетного соединения с контейнером, убирается из вакуумной камеры в шлюз и прямопролетный клапан закрывается. Таким образом, подложка с контейнером отцепляется от штока и оказывается ввинченной в держатель контейнера, на манипуляторе.The substrates located in the vacuum chamber can be replaced without air inlet through the airlock 18, which has a direct-flow valve 23, a flange-window 24 for the input (and output) of the container 21 with the substrate 20 from the atmosphere into the airlock, followed by pumping. The flange window 24 is used not only for input-output of the container, but also for visual control of its movement. Using a bayonet connection, the container is put on the rod 25 through the open flange-window 24 (the direct-flow valve is closed), the flange-window is closed, the sluice volume is evacuated (pumping devices are not shown), the direct-flap valve 23 is opened and, using the linear movement of the stem 25 (from the side of the atmosphere, the rod is sealed by the pressed fluoropolymer rings) the container is brought to the container holder in a vacuum chamber and screwed into the container holder. After that, the stem is manually rotated and translationally withdrawn from the bayonet connection with the container, removed from the vacuum chamber to the airlock and the direct-flow valve closes. Thus, the substrate with the container is detached from the rod and is screwed into the container holder on the manipulator.

В качестве подложек 20 для напыления мономолекулярных пленок из порошка С60F18 используют два материала:Two substrates are used as substrates 20 for spraying monomolecular films of C 60 F 18 powder:

1) кремниевую пластину Si(111) толщиной 0.5 мм, легированную бором (для создания проводимости), которую используют для первоначальной отладки устройства напыления и контроля осаждаемой пленки C60F18/ Si(111) и используемого порошка C60F18 с помощью методики инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния;1) 0.5 mm thick Si (111) silicon wafer doped with boron (to create conductivity), which is used for initial debugging of the deposition device and control of the deposited C 60 F 18 / Si (111) film and the used C 60 F 18 powder using the procedure infrared spectroscopy and Raman spectroscopy;

2) высокоориентированный пиролитический графит (HOPG mosaic spread 3.52) highly oriented pyrolytic graphite (HOPG mosaic spread 3.5

- 5.0 degrees) квадратной формы размером 8×8 мм2 - на нем проводят основные напыления тонких пленок.- 5.0 degrees) square in size of 8 × 8 mm 2 - the main deposition of thin films is carried out on it.

Отработан режим осаждения тонких пленок C60F18, который включает следующие операции.The mode of deposition of thin films C 60 F 18 , which includes the following operations, has been developed.

1. Загрузка порошка C60F18 в испарительную ячейку 16 (ячейку Кнудсена) в вакуумной камере 15 (в камере УСУ-4) и установка контейнера 21 подложки 20 для напыления пленки.1. Loading C 60 F 18 powder into the evaporation cell 16 (Knudsen cell) in the vacuum chamber 15 (in the USU-4 chamber) and installing the container 21 of the substrate 20 for spraying the film.

Для подложки 20, выполненной из графита HOPG, подготовка подложки 20 состоит в отделении от графитовой пластины тонкого графитового слоя (с помощью двусторонней липкой ленты) и его размещение в контейнере 21 подложки непосредственно перед загрузкой в вакуумную камеру 15.For the substrate 20 made of HOPG graphite, the preparation of the substrate 20 consists in separating a thin graphite layer from the graphite plate (using double-sided adhesive tape) and placing it in the container container 21 immediately before loading into the vacuum chamber 15.

2. Вакуумная откачка вакуумной камеры 15 (камеры УСУ-4) до получения базового вакуума приблизительно 10-9 мбар.2. Vacuum pumping of the vacuum chamber 15 (USU-4 chambers) to obtain a basic vacuum of approximately 10 -9 mbar.

3. Обезгаживание испарительной ячейки 16 (ячейки Кнудсена) с порошком C60F18 с помощью вакуумного прогрева испарительной ячейки до температуры 110-120°С в течение 12-15 часов, чтобы десорбировать молекулы воды.3. The degassing of the evaporation cell 16 (Knudsen cell) with C 60 F 18 powder by vacuum heating the evaporation cell to a temperature of 110-120 ° C for 12-15 hours to desorb the water molecules.

4. Испарение порошка C60F18 посредством нагрева до температуры 120-170°С осаждение тонкой пленки C60F18 на подложки, заменяемые с атмосферы через шлюз и находящиеся при комнатной температуре.4. Evaporation of C 60 F 18 powder by heating to a temperature of 120-170 ° C. Deposition of a thin film of C 60 F 18 on substrates replaced from the atmosphere through a gateway and at room temperature.

Порошок C60F18 загружают в пустотелый стакан 2, нагревают испаритель (стакан 2 и дно 3) пропусканием тока по нагревателю 7, намотанному на кварцевую трубку 8, внутри которой и размещен стакан 2, порошок C60F18 при нагреве до температуры 120-170°С испаряется и через конусообразное отверстие камеры 2 вылетает наружу и осаждается на подложку из кремниевой пластины Si(111) толщиной 0.5 мм, легированную бором, или на подложку из высокоориентированного пиролитического графита (HOPG), образуяC 60 F 18 powder is loaded into a hollow beaker 2, the evaporator is heated (beaker 2 and bottom 3) by passing current through a heater 7 wound on a quartz tube 8, inside which beaker 2 is placed, the C 60 F 18 powder is heated to a temperature of 120- 170 ° C evaporates and flies out through the cone-shaped opening of chamber 2 and is deposited on a substrate of 0.5 mm thick Si (111) silicon wafer doped with boron, or on a substrate of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), forming

напыляемую пленку в заданной геометрии, то есть диаметром 7-10 мм, при расстоянии s от корпуса испарительной ячейки 16 (ячейки Кнудсена) до подложки 20 в 10-20 мм, иthe sprayed film in a given geometry, i.e., with a diameter of 7-10 mm, at a distance s from the body of the evaporation cell 16 (Knudsen cell) to the substrate 20 of 10-20 mm, and

при внутреннем диаметре вакуумной камеры 15 (например, для УСУ-4), ⌀ 250 мм в позиции, показанной на иллюстрации (Фиг.2).with the inner diameter of the vacuum chamber 15 (for example, for USU-4), ⌀ 250 mm in the position shown in the illustration (Figure 2).

При конкретном примере реализации:In a specific implementation example:

Температура испарения порошка C60F18 составила 150°С при токе нагревателя 1,2 А, напряжении 1,8 В (т.е. мощность 2,2 Вт, источник постоянного тока Б5-71) и давлении 2,7×10-9 мбар. Размер напыляемой пленки в данной геометрии составлял 8 мм при расстоянии s от корпуса ячейки Кнудсена до подложки в 17 мм и при внутреннем диаметре вакуумной камеры УСУ-4=⌀250 мм. Время испарения порошка составило от 6 сек (толщина пленки около 0.1 монослоя) до 60 сек (1 монослой), что соответствует требуемой низкой скорости осаждения 0.01-0.1 нм/с для получения качественных покрытий.The evaporation temperature of the powder C 60 F 18 was 150 ° C at a heater current of 1.2 A, a voltage of 1.8 V (i.e., power 2.2 W, DC source B5-71) and a pressure of 2.7 × 10 - 9 mbar. The size of the sprayed film in this geometry was 8 mm at a distance s from the body of the Knudsen cell to the substrate of 17 mm and with an inner diameter of the vacuum chamber USU-4 = ⌀250 mm. The powder evaporation time ranged from 6 sec (film thickness of about 0.1 monolayer) to 60 sec (1 monolayer), which corresponds to the required low deposition rate of 0.01-0.1 nm / s to obtain high-quality coatings.

Объект изобретенияObject of invention

Способ может характеризоваться следующей совокупностью существенных признаков (с необходимыми пояснениями).The method can be characterized by the following set of essential features (with the necessary explanations).

Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена C60F18 на различных подложках включает операции подготовки подложки, загрузки порошка C60F18 в ячейку Кнудсена в камере УСУ-4 и установки контейнера с подложкой для напыления пленки, нагрева подложки с порошком до температуры испарения порошка, причем для графита HOPG подготовка подложки состоит в отделении с помощью двусторонней липкой ленты от графита тонкого слоя и его размещении в контейнере непосредственно перед загрузкой в вакуумную камеру (УСУ-4), вакуумную откачку камеры УСУ-4 до получения базового вакуума приблизительно (~) 10-9 мбар, обезгаживание ячейки Кнудсена с порошком C60F18 с помощью вакуумного прогрева ячейки до температуры 110-120°С в течение 12-15 часов до оптимального десорбирования молекул воды, осаждение тонкой пленки C60F18 на подложки, имеющие поддерживаемую температуру 18-25°С («при комнатной температуре»), размещение подложки от корпуса ячейки Кнудсена на расстоянии от 10 до 40 мм.The method of deposition of C 60 F 18 fluorofullerene monomolecular films on various substrates includes the steps of preparing a substrate, loading C 60 F 18 powder into a Knudsen cell in a USU-4 chamber and installing a container with a substrate for spraying the film, heating the substrate with the powder to the temperature of the powder to evaporate, wherein for HOPG graphite, the preparation of the substrate consists in separating a thin layer with graphite tape from graphite and placing it in a container immediately before loading into the vacuum chamber (USU-4), vacuum pumping the chamber USU-4 to obtaining a basic vacuum of approximately (~) 10 -9 mbar, degassing the Knudsen cell with C 60 F 18 powder by vacuum heating the cell to a temperature of 110-120 ° C for 12-15 hours until optimal desorption of water molecules, deposition of a thin C 60 film F 18 on substrates having a maintained temperature of 18-25 ° C (“at room temperature”), placing the substrate from a Knudsen cell body at a distance of 10 to 40 mm.

Причем нагрев подложки с порошком осуществляют до температуры испарения порошка C60F18 140-160°С, при токе нагревателя 1,2 А, напряжении 1,8 В (т.е. мощности нагревателя 2,2 Вт, используя источник постоянного тока Б5-71) при вакууме 2,7×10-9 мбар;Moreover, heating the substrate with the powder is carried out to a powder evaporation temperature of C 60 F 18 140-160 ° C, at a heater current of 1.2 A, a voltage of 1.8 V (i.e., a heater power of 2.2 W, using a B5 DC source -71) under a vacuum of 2.7 × 10 -9 mbar;

- процесс напыления пленки на подложку осуществляют до толщины 0.1- 1 монослой при диаметре пленки 7-10 мм;- the process of spraying a film on a substrate is carried out to a thickness of 0.1-1 monolayer with a film diameter of 7-10 mm;

- расстояние от корпуса ячейки Кнудсена до подложки выбирают в пределах s=15-25 мм и при внутреннем диаметре вакуумной камеры УСУ-4 ⌀250 мм;- the distance from the body of the Knudsen cell to the substrate is chosen within s = 15–25 mm and with an internal diameter of the USU-4 vacuum chamber ⌀ 250 mm;

- скорость осаждения - 0.01-0.1 нм/с.- deposition rate - 0.01-0.1 nm / s.

При этом время испарения пленок составило от 6 сек (толщина пленки около 0.1 монослоя) до 60 сек (1 монослой), что соответствует требуемой низкой скорости осаждения - 0.01-0.1 нм/с для получения качественных покрытий.In this case, the evaporation time of the films ranged from 6 sec (film thickness of about 0.1 monolayer) to 60 sec (1 monolayer), which corresponds to the required low deposition rate of 0.01-0.1 nm / s to obtain high-quality coatings.

Изготовлено и опробовано также устройство ввода подложек в вакуум - поясняется на фиг.2.A device for introducing substrates into a vacuum was also manufactured and tested - explained in FIG. 2.

Так, на фиг.2 показан пример расположения испарительной ячейки 16 внутри вакуумной камеры 15 относительно других узлов, обычно используемых при напылении пленок (вид сверху) - устройство ввода подложек в вакуум.So, figure 2 shows an example of the location of the evaporation cell 16 inside the vacuum chamber 15 relative to other nodes commonly used in the deposition of films (top view) - a device for introducing substrates into a vacuum.

Вакуумная камера 15 имеет фланцы 17 и 19, на которых расположены, соответственно, испарительная ячейка 16 (ячейка Кнудсена), шлюзовое устройство 18 для смены и загрузки подложек в сверхвысокий вакуум и манипулятор для поворота подложки 20 (сам манипулятор находится выше плоскости чертежа и не показан), таким образом, упомянутые фланцы 17 и 19 являются неотъемлемой частью вакуумной камеры 15.The vacuum chamber 15 has flanges 17 and 19, on which, respectively, an evaporation cell 16 (Knudsen cell), a gateway device 18 for changing and loading substrates into ultra-high vacuum, and a manipulator for turning the substrate 20 are located (the manipulator itself is located above the drawing plane and is not shown ), therefore, the said flanges 17 and 19 are an integral part of the vacuum chamber 15.

Держатель 21 контейнера расположен на валу манипулятора подложки и состоит из держателя 22 контейнера, в резьбовое отверстие которого ввинчивается собственно контейнер 21 с закрепленной на ней подложкой 20.The holder 21 of the container is located on the shaft of the manipulator of the substrate and consists of the holder 22 of the container, in the threaded hole of which is screwed the actual container 21 with the substrate 20 fixed on it.

В то время когда подложка 20 не переносится из шлюзового устройства 18 в вакуумную камеру 15 или обратно, объем шлюза отсекается от вакуумной камеры прямопролетным клапаном 23. Для установки подложки в вакуумную камеру 15 контейнер 21 с закрепленной на нем подложкой 20 помещают в шлюзовый объем, закрепляя на штоке 25 с помощью байонетного соединения, откачивают шлюзовый объем, открывают прямопролетный клапан 23, и линейным движением штока 25 вручную переносят подложку в вакуумную камеру 15. Шток может не только двигаться вдоль оси, но и вращаться вокруг оси, и благодаря этой возможности контейнер 21 ввинчивается по резьбе в держатель контейнера. После этого шток освобождается из байонетного соединения, оставляя контейнер с подложкой в держателе, и выдвигается из вакуумной камеры 15 обратно в шлюзовое устройство. Затем соединение вакуумной камеры со шлюзом перекрывается прямопролетным клапаном 23. Ввод и вывод подложек из шлюза производится через фланец-окно 24 со съемным смотровым окном.While the substrate 20 is not transferred from the lock device 18 to the vacuum chamber 15 or vice versa, the volume of the lock is cut off from the vacuum chamber by a straight-through valve 23. To install the substrate in the vacuum chamber 15, the container 21 with the substrate 20 fixed on it is placed in the lock volume on the stem 25 using a bayonet connection, pump out the sluice volume, open the direct-flow valve 23, and by linear movement of the stem 25 manually transfer the substrate to the vacuum chamber 15. The stem can not only move along the axis, but also rotate wok y axis, and because of this possibility container 21 is screwed on the thread of the container carrier. After that, the rod is released from the bayonet connection, leaving the container with the substrate in the holder, and extends from the vacuum chamber 15 back into the lock device. Then the connection of the vacuum chamber with the gateway is blocked by a direct-flap valve 23. The input and output of the substrates from the gateway is made through the flange-window 24 with a removable viewing window.

Подложку поворачивают с помощью манипулятора к испарительной ячейке, и начинается напыление. Напыление может происходить при расстоянии s=10-20 мм от напылительной ячейки до подложки, но при необходимости уменьшить скорость напыляемого потока расстояние s может быть легко увеличено. Испарительная ячейка имеет диаметр d=20-25 мм и может поместиться на любом фланце вакуумной камеры с проходным диаметром более 25 мм, что значительно удешевляет конструкцию вакуумной камеры.The substrate is rotated using the manipulator to the evaporation cell, and spraying begins. Spraying can occur at a distance s = 10-20 mm from the spray cell to the substrate, but if necessary, reduce the speed of the sprayed stream, the distance s can be easily increased. The evaporation cell has a diameter of d = 20-25 mm and can fit on any flange of the vacuum chamber with a passage diameter of more than 25 mm, which significantly reduces the cost of the design of the vacuum chamber.

Таким образом, объект изобретения «Устройство» может характеризоваться следующей совокупностью существенных признаков (с необходимыми пояснениями).Thus, the object of the invention “Device” can be characterized by the following set of essential features (with the necessary explanations).

Устройство ввода подложек в вакуум включает вакуумную камеру 15, имеющую фланец для испарительной ячейки 17, шлюзовое устройство 18, имеющее фланец-окно 24 (для смены и загрузки подложек в сверхвысокий вакуум), размещенный в вакуумной камере 15 с возможностью позиционирования подложки 20 относительно выходного отверстия испарительной ячейки 16, манипулятор, имеющий расположенный на валу манипулятора держатель контейнера 16, имеющий резьбовое соединение с контейнером 21 с закрепленной в нем подложкой 20, размещенный с возможностью периодического отсечения объема шлюзового устройства 18 от объема вакуумной камеры 15, прямопролетный клапан 23, установленный в шлюзовом устройстве 18 с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и вращения вокруг упомянутой оси, шток 25, имеющий байонетное средство соединения с контейнером 21, причем фланец-окно 20 снабжен съемным смотровым окном,The device for introducing substrates into a vacuum includes a vacuum chamber 15 having a flange for the evaporation cell 17, a sluice device 18 having a flange-window 24 (for changing and loading the substrates in ultra-high vacuum) placed in the vacuum chamber 15 with the possibility of positioning the substrate 20 relative to the outlet evaporation cell 16, a manipulator having a container holder 16 located on the shaft of the manipulator, having a threaded connection with the container 21 with the substrate 20 fixed therein, arranged to periodically cutting off the volume of the sluice device 18 from the volume of the vacuum chamber 15, a direct-flow valve 23 mounted in the sluice device 18 with the possibility of reciprocating axial movement and rotation around the axis, the rod 25 having bayonet means for connecting to the container 21, and the flange-window 20 is provided removable viewing window

при этомwherein

- манипулятор размещен в вакуумной камере 15 с возможностью позиционирования- the manipulator is placed in the vacuum chamber 15 with the possibility of positioning

подложки от напылительной ячейки на расстоянии s в пределах 10-40 мм;the substrate from the spray cell at a distance s in the range of 10-40 mm;

- испарительная ячейка выполнена диаметром d=20-25 мм;- the evaporation cell is made with a diameter of d = 20-25 mm;

- по меньшей мере один из фланцев вакуумной камеры выполнен с проходным диаметром более 25 мм.- at least one of the flanges of the vacuum chamber is made with a passage diameter of more than 25 mm

Соответственно, еще один объект изобретения «Устройство» может характеризоваться следующей совокупностью существенных признаков (с необходимыми пояснениями).Accordingly, another object of the invention “Device” can be characterized by the following set of essential features (with the necessary explanations).

Устройство для испарения фторфуллерена C60F18, включающее ограниченный объем в виде испарительной ячейки 16, трубчатый нагреватель, средство для размещения испаряемого вещества, выполненное в виде пустотелого стакана 2, имеющего с одного торца дно 3, а с противоположного торца - отверстие 14 для выхода испаряемого материала, средства механической и тепловой защиты, включая внешнее ограждение (кожух 12), средства контроля и регулирования температуры нагрева, средства монтажа и позиционирования составляющих элементов,A device for the evaporation of fluorofullerene C 60 F 18 , comprising a limited volume in the form of an evaporation cell 16, a tubular heater, means for accommodating the vaporized substance, made in the form of a hollow cup 2 having a bottom 3 from one end and an exit opening 14 from the opposite end the evaporated material, means of mechanical and thermal protection, including an external fence (casing 12), means for controlling and regulating the heating temperature, means for mounting and positioning the constituent elements,

отличается тем, чтоdiffers in that

трубчатый нагреватель выполнен в виде кварцевой трубки 8 с намотанным снаружи проволочным нагревательным элементом 7,the tubular heater is made in the form of a quartz tube 8 with a wire heating element 7 wound from the outside,

средства монтажа и позиционирования составляющих элементов выполнены в виде шпильки 4 для консольного крепления ячейки, алундовой двухканальной трубки 6 для термопары, размещенной в полости кварцевой трубки 8, винта 9 с гайкой и хомута 10 для крепления выводов проволочного нагревателя 7, размещенных на керамической стойке 11, установленной в круглом основании 1 испарительной ячейки 16.means for mounting and positioning the constituent elements are made in the form of a stud 4 for cantilever mounting of a cell, an alundum two-channel tube 6 for a thermocouple placed in the cavity of a quartz tube 8, a screw 9 with a nut and a clamp 10 for attaching the leads of a wire heater 7 placed on a ceramic rack 11, installed in the circular base 1 of the evaporation cell 16.

Таким образом, данное решение позволит получать пленки фторфуллерена C60F18 Thus, this solution will allow to obtain films of fluorofullerene C 60 F 18

в экономичном режиме напыления, которые в настоящее время могут использоваться в нелинейной оптике, в пироэлектрических и других устройствах. Отдельную актуальность работы представляет возможность создания тонких монослойных поляризованных по ЭДМ покрытий.in an economical spraying mode, which can currently be used in nonlinear optics, in pyroelectric and other devices. Of particular relevance to the work is the possibility of creating thin monolayer EDM polarized coatings.

Claims (12)

1. Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена C60F18 на подложку, включающий операции подготовки подложки, испарения порошка C60F18 в вакуумной камере и осаждение его мономолекулярной пленки на подложку, отличающийся тем, что осуществляют загрузку порошка C60F18 в испарительную ячейку, вводят испарительную ячейку с порошком в вакуумную камеру, устанавливают контейнер с подложкой для напыления пленки в вакуумной камере, причем подготовка подложки состоит в отделении с помощью двусторонней липкой ленты от используемого высокоориентированного пирографита HOPG тонкого слоя и его размещение в контейнер непосредственно перед загрузкой в вакуумную камеру, при этом вакуумную откачку камеры проводят до получения базового вакуума приблизительно 10-9 мбар, перед испарением порошка производят обезгаживание испарительной ячейки с порошком C60F18 с помощью прогрева испарительной ячейки до температуры 110-120°С в течение 12-15 ч при вакуумировании, испарение порошка C60F18 производят посредством нагрева испарительной ячейки до температуры 120-170°С, осаждение тонкой пленки C60F18 производят на подложки, имеющие поддерживаемую температуру 18-25°С, размещение подложки осуществляют на расстоянии от 10 до 40 мм от корпуса испарительной ячейки.1. The method of deposition of monomolecular films of fluorofullerene C 60 F 18 on a substrate, comprising the steps of preparing the substrate, evaporating the C 60 F 18 powder in a vacuum chamber and depositing its monomolecular film on the substrate, characterized in that the C 60 F 18 powder is loaded into the evaporation cell , an evaporation cell with powder is introduced into the vacuum chamber, a container with a substrate for spraying a film in a vacuum chamber is installed, and the preparation of the substrate consists in separating with a double-sided adhesive tape from the high ientirovannogo pyrographite HOPG thin layer and placing it into the container immediately before loading into the vacuum chamber, the vacuum evacuation of the chamber is carried out until a base vacuum of about 10 -9 mbar to produce a powder by evaporation degassing evaporation cell powder C 60 F 18 by warming the evaporator cell to a temperature of 110-120 ° C for 12-15 hours under vacuum, the evaporation of the powder C 60 F 18 is produced by heating the evaporation cell to a temperature of 120-170 ° C, the deposition of a thin film C 60 F 18 pr produced on substrates having a maintained temperature of 18-25 ° C, the placement of the substrate is carried out at a distance of 10 to 40 mm from the body of the evaporation cell. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев испарительной ячейки с порошком осуществляют до температуры испарения порошка C60F18 140-160°С при мощности нагревателя 2-3 Вт, используя источник питания постоянного тока, при этом создают вакуум не хуже 7·10-9 мбар.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the evaporation cell with the powder is carried out to a temperature of powder evaporation of C 60 F 18 140-160 ° C at a heater power of 2-3 W, using a DC power source, while creating a vacuum not worse than 7 · 10 -9 mbar. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс напыления пленки производят на подложку до диаметра 7-10 мм и осуществляют до толщины пленки от 0,1 до 1 монослоя.3. The method according to claim 1, characterized in that the film is sprayed onto a substrate up to a diameter of 7-10 mm and is carried out up to a film thickness of 0.1 to 1 monolayer. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние от корпуса испарительной ячейки до подложки s выбирают в пределах 15-25 мм.4. The method according to claim 1, characterized in that the distance from the housing of the evaporation cell to the substrate s is selected within 15-25 mm. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость осаждения пленки выбирают в пределах 0,01-0,1 нм/с.5. The method according to claim 1, characterized in that the film deposition rate is selected in the range of 0.01-0.1 nm / s. 6. Устройство ввода подложек в вакуум для осаждения на них мономолекулярных пленок фторфуллерена, включающее вакуумную камеру, имеющую фланец, шлюзовое устройство для смены и загрузки подложек в вакуумную камеру, выполненное с возможностью периодического отсечения от объема вакуумной камеры, шток, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, держатель с подложкой, отличающееся тем, что шлюзовое устройство снабжено прямопролетным клапаном, шток выполнен с возможностью вращения вокруг направления своего возвратно-поступательного перемещения, подложка закреплена на держателе посредством введенного в устройство контейнера и размещена в контейнере, причем контейнер имеет резьбовое соединение с держателем, шток и контейнер снабжены байонетными средствами соединения между собой, при этом шлюзовое устройство для смены и загрузки подложек в вакуумную камеру снабжено фланцем-окном.6. A device for introducing substrates into a vacuum for deposition of monomolecular fluorofullerene films on them, including a vacuum chamber having a flange, a lock device for changing and loading substrates into a vacuum chamber, configured to periodically cut off from the volume of the vacuum chamber, a rod configured to return translational movement, a holder with a substrate, characterized in that the lock device is equipped with a straight-through valve, the rod is made to rotate around its direction of return translational movement, the substrate is fixed to the holder by means of a container inserted into the device and placed in the container, the container having a threaded connection with the holder, the rod and container are equipped with bayonet means for interconnecting each other, while the lock device for changing and loading the substrates into the vacuum chamber is equipped with a flange by the window. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что манипулятор размещен в вакуумной камере с возможностью позиционирования подложки от испарительной ячейки на расстоянии s в пределах 10-40 мм.7. The device according to claim 6, characterized in that the manipulator is placed in a vacuum chamber with the ability to position the substrate from the evaporation cell at a distance s within 10-40 mm. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что испарительная ячейка выполнена диаметром d=20-25 мм.8. The device according to claim 6, characterized in that the evaporation cell is made with a diameter of d = 20-25 mm 9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из фланцев вакуумной камеры выполнен с проходным диаметром более 25 мм.9. The device according to claim 6, characterized in that at least one of the flanges of the vacuum chamber is made with a passage diameter of more than 25 mm 10. Устройство для испарения фторфуллерена С60F18, включающее ограниченный объем в виде испарительной ячейки, трубчатый нагреватель, средство для размещения испаряемого вещества, отличающееся тем, что дополнительно снабжено средствами механической и тепловой защиты, включая внешнее ограждение, средствами контроля и регулирования температуры нагрева, средствами монтажа и позиционирования составляющих элементов, трубчатый нагреватель выполнен в виде кварцевой трубки с намотанным снаружи проволочным нагревательным элементом, средства монтажа и позиционирования составляющих элементов выполнены в виде шпильки для консольного крепления ячейки, винта с гайкой и хомута для крепления выводов проволочного нагревателя, размещенных на керамической стойке, установленной в круглом основании испарительной ячейки.10. A device for the evaporation of C 60 F 18 fluorofullerene, including a limited volume in the form of an evaporation cell, a tubular heater, means for accommodating the vaporized substance, characterized in that it is additionally equipped with mechanical and thermal protection, including external fencing, with means for controlling and regulating the heating temperature by means of mounting and positioning of the constituent elements, the tubular heater is made in the form of a quartz tube with a wire heating element wound from the outside, means mounting and positioning of the constituent elements are made in the form of a stud for cantilever mounting of the cell, a screw with a nut and a clamp for mounting the conclusions of the wire heater, placed on a ceramic rack installed in the round base of the evaporation cell. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен из вольфрам-рениевой проволоки.11. The device according to claim 10, characterized in that the heating element is made of tungsten-rhenium wire. 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средства позиционирования включают размещенную в полости кварцевой трубки алундовую двухканальную трубку. 12. The device according to claim 10, characterized in that the positioning means include a double-channel alundum tube located in the cavity of the quartz tube.
RU2011124164/05A 2011-06-16 2011-06-16 Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation RU2471705C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124164/05A RU2471705C1 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124164/05A RU2471705C1 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2471705C1 true RU2471705C1 (en) 2013-01-10

Family

ID=48806009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011124164/05A RU2471705C1 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2471705C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532742C1 (en) * 2013-05-15 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing fullerene-containing film on substrate
RU2815055C2 (en) * 2018-11-06 2024-03-11 Рибе Evaporation device for vacuum deposition system, method and device for material film deposition

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU322421A1 (en) * В. А. Громаковский , Н. И. Шлеин VACUUM DUSTING INSTALLATION
RU2131157C1 (en) * 1993-11-12 1999-05-27 Жак Левинер Multilayer material
RU2183191C1 (en) * 2000-11-23 2002-06-10 Химический факультет Московского Государственного университета Method of synthesis of octadecafluoride(60)fullerene

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU322421A1 (en) * В. А. Громаковский , Н. И. Шлеин VACUUM DUSTING INSTALLATION
RU2131157C1 (en) * 1993-11-12 1999-05-27 Жак Левинер Multilayer material
RU2183191C1 (en) * 2000-11-23 2002-06-10 Химический факультет Московского Государственного университета Method of synthesis of octadecafluoride(60)fullerene

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V.M.MIKOUSHKIN et al, Core Electron Level Structure in C 60 F 18 Fluorinated Fullerenes, Tech. Phys. Lett., 2009, v.35, №3, p.p.256-259. *
V.M.MIKOUSHKIN et al, Core Electron Level Structure in CFFluorinated Fullerenes, Tech. Phys. Lett., 2009, v.35, No.3, p.p.256-259. *
ХОДОРКОВСКИЙ М.А. и др. Газодинамические параметры сверхзвукового молекулярного пучка, обогащенного *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532742C1 (en) * 2013-05-15 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Method of producing fullerene-containing film on substrate
RU2815055C2 (en) * 2018-11-06 2024-03-11 Рибе Evaporation device for vacuum deposition system, method and device for material film deposition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6639580B2 (en) Evaporator, deposition arrangement, deposition device and method of operating these
KR100625224B1 (en) Method and device for synthesizing high orientationally arranged carbon nano-tube by using organic liquid
JP5626948B2 (en) Method for producing graphene-coated member
Gaddam et al. Synthesis of ZnO nanorods on a flexible Phynox alloy substrate: influence of growth temperature on their properties
Wang Laser based fabrication of graphene
Wang et al. Electron beam evaporation deposition
JP2015212213A (en) INTEGRATED ZnO NANOROD WITH GRAPHENE SHEET, AND METHOD FOR PRODUCING ZnO ONTO GRAPHENE SHEET
RU2411304C1 (en) Device for vacuum sputtering of films
Gunawan et al. The functionalization of nanodiamonds (diamondoids) as a key parameter of their easily controlled self-assembly in micro-and nanocrystals from the vapor phase
KR101252333B1 (en) A controllable fabrication method of graphene sheets using the thermal plasma chemical vapor deposition method
US20150325649A1 (en) Nanowires and Methods of Forming
RU2471705C1 (en) Method of precipitating monomolecular films of fluorofullerene c60f18 on padding, device for padding introduction into vaccuum and device for fluorofullerene c60f18 evaporation
US20120251722A1 (en) Device and method for thermal evaporation of silicon
KR101284760B1 (en) Rapid thermal process apparatus for solar cell and processing method using thereof
CN105399061B (en) A kind of preparation method of one-dimensional tin selenide monocrystal nanowire
CN109898058B (en) Combined crucible for improving stability of evaporation beam by utilizing saturated vapor pressure and source furnace with crucible
CN100366786C (en) Novel metallic film preparation technology on liquid phase substrate surface
Perekrestov et al. Self-assembly of porous Cu structures during steady-state condensation of weakly supersaturated vapors
CN109207933A (en) Ultra-thin film device is deposited in multifunctional vacuum
RU203742U1 (en) Apparatus for obtaining micron and nanoscale single crystals of topological insulators by physical vapor deposition (PVD)
Hevia et al. Pulsed laser deposition of carbon nanodot arrays using porous alumina membranes as a mask
Hsieh et al. Rapid formation of tungsten oxide nanobundles with controllable morphology
CN110420650A (en) A kind of preparation method of core-shell structure Bi/BiOBr composite material
De Toro et al. Types of Cluster Sources
Paul et al. Fabrication of a cost effective thermal evaporation system for thin film deposition