RU2615962C1 - Испаритель многокомпонентных растворов - Google Patents
Испаритель многокомпонентных растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615962C1 RU2615962C1 RU2015152138A RU2015152138A RU2615962C1 RU 2615962 C1 RU2615962 C1 RU 2615962C1 RU 2015152138 A RU2015152138 A RU 2015152138A RU 2015152138 A RU2015152138 A RU 2015152138A RU 2615962 C1 RU2615962 C1 RU 2615962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- valve
- evaporator
- cone
- shutter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
Abstract
Изобретение относится к испарителю многокомпонентных растворов. Испаритель содержит заслонку в виде конуса, корпус в виде стакана, нагреватель, размещенный со стороны внешней поверхности корпуса. Во внутренней части заслонки, входящей в полость корпуса, симметрично ее конусной части выполнена полость конусной формы высотой h1=(0,6-0,75)h, где h - высота конусной части заслонки, и основанием, удовлетворяющим условию неравенства D≤0,8d, где d - диаметр основания внешнего конуса заслонки; D - диаметр основания полости в конусной части заслонки. Полость заслонки выполнена с возможностью размещения в ней груза, удельный вес которого удовлетворяет условию неравенства Р≥(1,2-1,5)р, где р - удельный вес материала, из которого изготовлена заслонка, а Р - удельный вес материала груза, помещаемого в конусную полость заслонки. Изобретение позволяет увеличивать давление во внутренней полости корпуса испарителя и достигать лучшего соответствия стехиометрического состава испаряемого вещества и паров атомов при открывании заслонки. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области получения направленных потоков атомов многокомпонентного раствора в вакуумной камере и может быть использовано для формирования тонких пленок двойных, тройных и более сложных растворов.
Известен испаритель (Г.И. Богдан, М.М. Некрасов. Пленочная электроника и полупроводниковые интегральные схемы. Киев.: «Вища школа» 1979, с. 48-49), содержащий несколько независимых источников испарения, каждый из которых испаряет один материал. Потоки паров мономатериалов складываются образуя сложный раствор, формирующий на поверхности подложки тонкую пленку многокомпонентного материала.
Однако получение стехиометрического состава пленок в этом случае требует строгого соблюдения необходимых скоростей для каждого компонента, что представляет собой достаточно технически трудную задачу, т.к. каждый компонент имеет индивидуальные температуры испарения, степень вакуума в рабочей камере, скорость испарения и разные материалы испарителей. Это значительно усложняет и конструкцию испарителя и его эксплуатацию.
Известен испаритель (Справочник. З.Ю. Готра. Технология микроэлектронных устройств. М.: «Радио и связь», 1991, с. 274-276), основанный на мгновенном испарении всего объема многокомпонентного материала, путем резкого увеличения температуры испарения значительно большей, чем температура трудноиспаряемого компонента многокомпонентного материала, что позволяет получить в испаряемом облаке пара практически все атомы многокомпонентного раствора.
Однако облако пара в этом случае содержит не только отдельные атомы, но и их комплексы и даже отдельные микрокапли, что приводит к формированию неоднородных как по структуре, так и по стехиометрическому составу пленок.
Известен испаритель (Справочник. З.Ю. Готра. Технология микроэлектронных устройств. М.: «Радио и связь», 1991, с. 266-271), содержащий в качестве теплового нагревателя электронный, ионный или лазерный лучи в котором повышение стехиометрии состава пленок многокомпонентного состава достигается применением энергий значительно превосходящих энергию связи атомов многокомпонентного раствора, поэтому в пар переходят одновременно атомы и легколетучих, и труднолетучих материалов. Это позволяет получать пленки по составу очень близким к стехиометрической формуле.
Однако стоимость самих лазерных, ионных и электронных устройств и их эксплуатации настолько высоки, что эти испарители используют только для производства дорогостоящих изделий, что, безусловно, увеличивает стоимость интегральных микросхем.
Известен испаритель (а.с. СССР Испаритель многокомпонентных материалов. №1824457, С23С 14/24, 12.11.1992), содержащий равновысотные внешний стакан, образующий корпус устройства, и встречно коаксиально вставленный в него внутренний стакан, выполняющий функцию заслонки, имеющей возможность возвратно-поступательного движения относительно корпуса, нагреватель, размещенный по внешней поверхности корпуса испарителя, выходное отверстие, образованное кольцевым зазором между стенками стаканов, в центре дна внутренней полости корпуса испарителя имеется цилиндрическое углубление для закладки многокомпонентного материала, устраняющего хаотичное распределение частиц распыляемого материала по его поверхности.
Однако основным недостатком конструкции этого испарителя является наличие полузамкнутой области, образуемой внутренней поверхностью внутреннего стакана, в которой в процессе распыления идет накопление легколетучих атомов многокомпонентного материала, т.к. они стремятся продолжить свое движение вверх по нормали ко дну корпуса. Это обедняет ими направленный поток атомов, из которых формируется тонкая пленка, и нарушает стехиометрию состава многокомпонентного материала, т.е. снижает качество формируемых тонких пленок.
Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению - испаритель многокомпонентных растворов (№2348738, С23 14/24, 10.03.2009), содержащий корпус, нагреватель, размещенный со стороны внешней поверхности корпуса, и заслонку, выполненную в виде крышки, опирающейся выступами на корпус, внутренняя часть которой входит в полость корпуса, конструктивно изготовленную в виде конуса высотой 0,9H>h>d, где Н - высота внутренней полости корпуса, h - высота конусной части заслонки, d - внутренний размер полости корпуса, при этом в верхней части заслонки по образующей выполнен прямоугольный выступ, диаметром D, плотно закрывающий полость корпуса в закрытом состоянии.
Однако заслонка конусной формы, обладая малым весом, не в состоянии поддерживать в полости корпуса величину давления, при котором происходит полное насыщение паров испаряемого материала труднолетучими компонентами. Увеличение температуры в этом случае приводит к увеличению скорости испарения труднолетучего компонента и увеличивает, в первую очередь, скорость испарения легколетучего компонента. Это приводит к увеличению давления и подъему заслонки парами легколетучего компонента, т.е. к обогащению в области поверхности подложки испаряемого пара атомами легколетучего компонента и нарушению стехиометрического состава формируемой пленки. Для устранения этого недостатка приходится строго следить за соответствием величин температур нагревателя и испарения атомов, входящих в структуру твердого раствора. Это означает, что данные испарители можно использовать для испарения твердых растворов, имеющих близкие температуры испарения содержащихся в их кристаллической решетке компонентов.
В основу поставлена задача увеличения качества тонких пленок за счет расширения диапазона давлений в корпусе испарителя при формировании направленного потока атомов многокомпонентного раствора соответствующего своему стехиометрическому составу при одновременном увеличении однородности их распределения по поверхности подложки.
Указанная задача при осуществлении изобретения достигается тем, что, в испарителе многокомпонентных растворов, содержащем заслонку, корпус в виде стакана, нагреватель, размещенный со стороны внешней поверхности корпуса, согласно изобретению во внутренней части конструкции заслонки, входящей в полость корпуса, симметрично ее конусной части выполнена полость конусной формы высотой h1, равной (0,6-0,75) высоты конусной части заслонки h, и с основанием, равным D≤0,8d, где d - диаметр основания внешнего конуса; D - диаметр основания полости в конусной части заслонки (фиг. 1).
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображена конструкция испарителя многокомпонентных растворов с закрытой заслонкой. На фиг. 2 изображена конструкция испарителя многокомпонентных растворов с открытой заслонкой. Конструкция испарителя многокомпонентных растворов содержит: корпус 1; заслонку 2, упирающуюся кольцевым выступом в корпус, ее внутренняя часть, выполненная в виде конуса, входит в полую часть корпуса; причем в ее структуре изготовлена полость конусной формы 3, в которую осуществляют закладку груза 4; нагреватель 5 и распыляемый многокомпонентный раствор 6.
Заслонка 2 конусной частью установлена в полый корпус 1, а герметизация по образующей поверхности внутренней полости корпуса осуществляется кольцевым выступом заслонки 2, нагреватель 5 создает температуру испарения многокомпонентного раствора 6, располагающегося на дне корпуса.
В объеме заслонки 2 формируют полость конусной формы 3, симметрично располагающуюся относительно ее конусной части, высота h1 которой соответствует (0,6-0,75) высоты конусной части заслонки h. Уменьшение высоты конусной полости менее 0,6 высоты конусной части заслонки приводит к уменьшению веса груза 4 и преждевременному открытию заслонки до испарения труднолетучего компонента. С другой стороны, увеличение высоты полости корпуса более 0,75 высоты конусной части заслонки h приводит к неприемлемому утончению ее стенок, в результате чего заслонка становятся хрупкой и уменьшается ее срок службы. Это приводит или к значительному изменению режима испарения, или полному прекращению работы испарителя. Следует отметить, что размеры оснований конусной части заслонки и конусной полости в ее объеме выполняют в соответствии с неравенством D≤0,8d, где d - диаметр основания внешнего конуса; D - диаметр основания полости в конусной части заслонки, в которой размещается груз 4. При симметричном расположении рассматриваемых конусов данное неравенство вместе с неравенством h1=(0,6-0,75) h, позволяют определить толщину стенки заслонки h2 в области ее конусной части, обеспечивающую прочность конструкции испарителя в процессе формирования тонкой пленки многокомпонентного материала. Для увеличения давления во внутренней полости корпуса испарителя в конусную полость заслонки помещают груз, удельный вес которого выбирают в соответствии с неравенством Р≥(1,2-1,5)р, где Р - удельный вес материала груза, помещаемого в конусную полость заслонки; р - удельный вес материала, из которого изготавливается заслонка.
Принцип действия устройства осуществляется следующим образом. В сформированной конструкции корпус-заслонка заслонку 2 вынимают и в конусную полость насыпают, например, порошкообразный вольфрам, обладающий значительно большей температурой испарения, чем материал труднолетучего компонента твердого раствора. После этого на дно корпуса 1 помещают многокомпонентный раствор 6 и в полость корпуса устанавливают заслонку 2.
При подаче на нагреватель 5 электропитания напряжением 12 В и током в пределах (20-100) А в корпусе устанавливают температуру испарения трудноиспаряемого компонента многокомпонентного раствора. Пары раствора 7 накапливаются в полости корпуса, и при величине давления паров, превышающих силу давления заслонки на торцы корпуса, происходит разгерметизация последнего, и пары раствора устремляются к поверхности подложки (фиг. 2). Давление во внутренней полости корпуса уменьшается и заслонка, опускаясь вниз, герметизирует внутреннюю полость корпуса до следующего подъема давления паров многокомпонентного раствора. Качество тонкой пленки улучшается за счет перемешивания тепловым движением атомов испаряемого материала непосредственно в области их выпуска из полости корпуса. Следует отметить, что с увеличением времени герметизации внутренней полости корпуса испарителя происходит значительное увеличение вероятности установления полной стехиометричности состава паров твердого раствора. Основой реализации данного режима испарения является выполнение условия: во внутренней конусной части конструкции заслонки, входящей в полость корпуса, симметрично ее конусной части выполняется полость конусной формы с основанием, равным D≤(0,6-0,8)d, где d - диаметр основания внешнего конуса; D - диаметр основания полости в конусной части заслонки,
Уменьшение диаметра основания конусной части заслонки менее 0,6d приводит к чрезмерному уменьшению стенок конусной части заслонки, что увеличивает вероятность механического разрушения конструкции заслонки при взаимодействии с нагревателем или в процессе эксплуатации, например при выемке испаряемого материала или при его закладке. С другой стороны, при высоких температурах тонкие стенки значительно быстрее прогорают.
Изготовление диаметра основания конусной части заслонки более 0,8d приводит к нецелесообразному расходу материала заслонки испарителя и уменьшению веса груза, помещаемого в конусную полость заслонки, что в свою очередь приводит к существенному изменению состава паров в полости корпуса испарителя.
Для увеличения давления паров твердого раствора, позволяющего увеличить степень их стехиометрии, в конусную полость корпуса заслонки помещают груз, вес которого определяют, используя неравенство Р≥(1,2-1,5)р, где Р - удельный вес материала груза, помещаемого в конусную полость заслонки; р - удельный вес материала, из которого изготавливается заслонка. Если использовать материал груза с удельным весом менее (1,2)р в области корпуса испарителя образуется давление, недостаточное для образования стехиометричного состава твердого раствора, что потребует оптимизации состава компонентов твердого раствора и температуры испарителя. Увеличение удельного веса материала груза более (1,5)р ограничивается количеством материалов химически инертных к испаряемому материалу и имеющих температуру испарения, значительно превышающую температуру испарения материала твердого раствора.
Claims (1)
- Испаритель многокомпонентных растворов, содержащий корпус в виде стакана, нагреватель, размещенный со стороны внешней поверхности корпуса, и заслонку, выполненную с конусной частью, отличающийся тем, что во внутренней части заслонки, входящей в полость корпуса, симметрично ее конусной части выполнена полость конусной формы высотой h1=(0,6-0,75)h, где h - высота конусной части заслонки, и основанием, удовлетворяющим условию неравенства D≤0,8d, где d - диаметр основания внешнего конуса заслонки, D - диаметр основания полости в конусной части заслонки, причем полость заслонки выполнена с возможностью размещения в ней груза, удельный вес Р которого удовлетворяет условию неравенства Р≥(1,2-1,5)р, где р - удельный вес материала заслонки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152138A RU2615962C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Испаритель многокомпонентных растворов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152138A RU2615962C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Испаритель многокомпонентных растворов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2615962C1 true RU2615962C1 (ru) | 2017-04-11 |
Family
ID=58642843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152138A RU2615962C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Испаритель многокомпонентных растворов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2615962C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1118713A1 (ru) * | 1982-07-08 | 1984-10-15 | Oleskiv Stepan P | Испаритель многокомпонентных материалов |
US4700660A (en) * | 1984-06-12 | 1987-10-20 | Kievsky Politekhnichesky Institut | Evaporator for depositing films in a vacuum |
WO2000028103A2 (en) * | 1998-11-12 | 2000-05-18 | Flex Products, Inc. | Vapor source having linear aperture and coating process |
RU2348738C2 (ru) * | 2007-04-04 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева | Испаритель многокомпонентных растворов |
-
2015
- 2015-12-04 RU RU2015152138A patent/RU2615962C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1118713A1 (ru) * | 1982-07-08 | 1984-10-15 | Oleskiv Stepan P | Испаритель многокомпонентных материалов |
US4700660A (en) * | 1984-06-12 | 1987-10-20 | Kievsky Politekhnichesky Institut | Evaporator for depositing films in a vacuum |
WO2000028103A2 (en) * | 1998-11-12 | 2000-05-18 | Flex Products, Inc. | Vapor source having linear aperture and coating process |
RU2348738C2 (ru) * | 2007-04-04 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева | Испаритель многокомпонентных растворов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4094764A (en) | Device for cathodic sputtering at a high deposition rate | |
US4050408A (en) | Apparatus for depositing thin layers of materials by reactive spraying in a high-frequency inductive plasma | |
US9034438B2 (en) | Deposition method using an aerosol gas deposition for depositing particles on a substrate | |
KR102424276B1 (ko) | 발진체 센서에 의해 증기의 농도를 결정하기 위한 디바이스 및 방법 | |
KR20170092665A (ko) | 선형 증발소스 | |
RU2615962C1 (ru) | Испаритель многокомпонентных растворов | |
US20090020070A1 (en) | Vacuum evaporation apparatus for solid materials | |
EP2774688B1 (en) | Hopper and thermal spraying apparatus | |
US9905486B2 (en) | Method for manufacturing organic EL display device, and film thickness measuring device | |
RU2348738C2 (ru) | Испаритель многокомпонентных растворов | |
US20190271079A1 (en) | Vaporizer and vaporized gas supply unit | |
WO2010098308A1 (ja) | 有機化合物蒸気発生装置及び有機薄膜製造装置 | |
US20160319421A1 (en) | Multi-Layer Assembly and Method for Controlling Layer Thicknesses | |
US20160326628A1 (en) | Coating process using gas screen | |
KR101474363B1 (ko) | Oled 증착기 소스 | |
Nazabal et al. | Amorphous thin film deposition | |
KR20160017671A (ko) | 박막형성용 증발원 | |
KR102018893B1 (ko) | 증기 셀 및 이를 제조하는 방법 | |
RU2662914C2 (ru) | Динамический испаритель твердых растворов | |
US20170333806A1 (en) | System and method for evaporating a metal | |
US7161110B2 (en) | Melting and vaporizing apparatus and method | |
JP7044542B2 (ja) | 有機薄膜製造装置、蒸発源 | |
Yatsenko et al. | Germanium layers grown by zone thermal crystallization from a discrete liquid source | |
KR101213094B1 (ko) | 증착 장치 | |
EP3733926A1 (en) | Deposition apparatus and deposition method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171205 |