SU1581776A1 - Устройство дл напылени многокомпонентных покрытий в вакууме - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в тонкопленочной технологии. С целью повышени  качества покрытий за счет уменьшени  разброса процентного соотношени  компонентов, устройство снабжено камерой регулировани  в зкости расплава, расположенной между бункера и камерой испарени , а камера перегрева пара заполнена частицами, инертными к испар емому материалу, причем объем каждой частицы равен 0,05-0,01 объема камеры перегрева. Камера регулировани  в зкости расплава снабжена нагревателем и заполнена нитевидными волокнами, инертными к расплаву, причем площадь поперечного сечени  каждого волокна равна 0,01-0,001 площади поперечного сечени  камеры регулировани  в зкости. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в тонкопленочной технологии .

Известно устройство дл  испарени  вещества в вакууме, состо щее из камеры с расплавом испар емого вещества и испарител , соединенных между . собой трубопроводом с вакуумным затвором .

Недостатком этого устройства  вл етс  невозможность получени  качественных пленок из веществ с различными по летучести компонентами.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  напылени  многокомпактных покрытий в вакууме, содержащее бункер дл  расплава испар емого вещества с нагревателем, соединенный с камерой испарени , камеру перегрева пара с соплом, соединенную с камерой испарени , и нагреватель, в котором размещаютс  камера испарени  и камера перегрева.

Это устройство хараьтериэуетс  необходимостью изготовлени  трубопровода между бункером и камерой испарени  в виде капилл ра со строгим соблюдением геометрических размеров. Кроме того, в данном устройстве довольно сложно определи ь оптимальное значение укапанного геометрического

сл

оо

J

3

35

размера, так как величины, определ ющие его значение,  вл ютс  нелинейными функци ми температуры испарител  и бункера (Рж, .При испарении составов, которые имеют давлени  насыщенных паров компонентов, не совпадающие при температуре испарени  на один и- более пор док, давление паров в камере испарени  может оказатьс  в начале испарени  капли настолько высоким, мто произойдет прорыв паров из этой камеры в бункер и, как следствие, слив всего вещества из бункера в камеру испарени , что приводит к нарушению состава и свойств пленок. Увеличива  диаметр сопла, можно уменьшить давление в начале испарени  до оптимального уровн , однако при этом в конце испарени  капли давление оказываетс  настолько низким, что происходит подача следующей капли, когда еще не испарилась предыдуща , что приводит к нарушению состава и свойств пленок. При правильной работе устройства происходит последовательное испарение разных по летучести компонентов, следовательно, такое же их последовательное осаждение на подложку, что отрицательно сказываетс  на качестве тонких пленок - они имеют низкую адгезию к подложке, низкую коррозионную стойкость и высокую скорость деградации. Кроме того, качество получаемых пленок низкое.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества пленок,за счет уменьшени  разброса процентного соотношени  компонентов.

Устройство дл  напылени  многокомпонентных покрытий в вакууме, содержащее бункер дл  расплава испар емого вещества г нагревателем, соединенный с камерой испарени , камеру перегрева пара с соплом, соединенную с камерой испарени , и нагреватель, в котором размещаютс  камера испарени  и камера перегрева пара, снабжено камерой регулировани  в зкости расплава, расположенной между бункером и камерой испарени , а камера перегрева пара заполнена частицами, инертным к испар емому материалу, причем объем каждой частицы равен 0,05-0,0 j объе,- ма камеры перегрева, при этом к,ам,е- ра регулировани  в зкости расплава снабжена нагревателем и заполнена нитевидными волокнами, инертными к

o

5

0

S

0

5

0

45

50

55

расплаву, причем площадь поперечного сечени  каждого волокна равна 0,01-0,001 площади поперечного сечени  камеры регулировани  в зкости.

На чертеже схематически показано устройство, разрез.

Устройство дл  напылени  многокомпонентных покрытий в вакууме содержит бункер 1 дл  расплава 2, камеру 3 испарени , трубопровод 4, камеру 5 регулировани  в зкости, котора  соединена с камерой испарени . Камера испарени  соединена с камерой 6 перегрева пара, котора  заканчиваетс  соплом 7. Камера регулировани  в зкости заполнена нитевидными волокнами 8. Камера перегрева пара заполнена крупинками 9. Камера регулировки в зкости снабжена регулируемым нагревателем 10. Нагреватели 11 и 12 предназначены дл  обеспечени  рабочих температур бункера и камер испарени  и перегрева пара соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Расплав 2 в бункере 1 нагреваетс  до температуры, лежащей между Т „Л многокомпонентного состава и Ти&п самого легколетучего компонента Давление насыщенных паров в бункере 1 пренебрежительно мало по сравнению с гидростатическим давлением, равным , гд плотность расплава, g - ускорение свободного падени , h - высота столба жидкости в трубопроводе и бункере, и в дальнейшем не учитываетс . Расплав 2 под действием гидростатического давлени  поступает по трубопроводу 4 в камеру 5 регулировани  в зкости, где затвердевает. При нагревании камеры 5 регулировани  в зкости до Т Пд расплава он получает возможность течь далее, однако скорость подачи его в камеру 3 испарени  зависит от в зкости расплава 2, котора   вл етс  функцией температуры. Измен   температуру камеры 5 регулировани  в зкости , можно регулировать скорость подачи вещества в камеру 3 испарени , следовательно, и скорость напылени . Поступа  в камеру испарени , температура которой на 200°С и более выше Тисп самого низколетучего компонента, вещество ударно вскипает за счет кипени  самого легколетучего компонента. В результате об- i

разуетс  пар, обогащенный легколетучими компонентами, и микрока5

пельки, обогащенные низколетучими компонентами. Эта двухфазна  смесь поступает в камеру 6, где превращаетс  в пар заданного состава за счет испарени  микрокапелек, и истекает через сопло 7, име  соотношение компонентов такое же, как у расплава. Однако сразу после испарени  атомы пара имеют разную термическую энергию , равную kTn, где k - посто нна  Больцмана, Тл - температура испарени  п-го компонента. Проход  через пористую засыпку камеры 6 перегрева, атомы всех компонентов приобретают энергию 1сТи, где Ти - температура камеры 6 перегрева пара. Происходит выравнивание энергетического спектра атомов пара, что имеет большое значение дл  качества пленки при конденсации пара на подложке. Устройство стабильно работает при испытании разных составов, не требу  изменени  геометрических размеров, так как давление в камере 3 испарени  и камере 6 перегрева пара посто нно в течение всего процесса напылени . Давление зависит от соотношени  межд количеством истекающего через сопло 7 вещества и подачей его в камеру 3 испарени , и при заданной Тм и площади отверсти  сопла 7 зависит только от скорости подачи расплава в камеру 3 испарени , устанавлива сь таким образом, чтобы скорость истечени  вещества была равна скорости его подачи. Расплав 2 поступает в камеру 3 испарени  равномерно и непрерывно, где он устанавливаетс  в виде столбика , в верхней части которого находитс  зонд ударного испарени . Устройство выводитс  на заданный технологический режим (скорость напылени ) путем изменени  температуры камеры 5 регулировки в зкости. Скорость напылени   вл етс  одним из важнейших факторов получени  качественной тонкой пленки. В отличие от всех известных устройств дл  напылени  многокомпонентных покрытий данное устройство позвол ет измен ть скорость напылени  в широких пределах, не измен   при этом энергетического спектра пара, который может устанавливатьс  независимо от требуемой скорости

817766

напылени . Вертикальное расположение трубопровода и камеры 3 испарени   вл етс  необходимым условием работы устройства, так как при изменении давлени  в камере 3 испарени  из-та регулировки скорости подачи расплава

2происходит компенсаци  этого изменени  давлени  путем увеличени  или

(О уменьшени  высоты столбика расплава в камере 3 испарени  и соответственно уменьшение или увеличение гидростатического давлени , так как система камера 3 испарени  - камера 5 регу 5 лировки в зкости - трубопровод 4 - бункер I подчин етс  закону сообщающихс  сосудов. По этой причине камера

3испарени  не может быть засыпана крупинками, так как расплав будет

26 уг,арно испар тьс  при соприкосновении с засыпкой, и столбика бу- дот жестко установлена. Изменение соты столбика автоматически компенсирует отклонение любого из технологи25

ческих параметров от номинального

значени  (р , Ти, площадь отверсти ) бе  нарушени  нормальной работы устройства . Объем крупинок должен находитьс  в пределах 0,05-0,01 объема камеры перегрева, так как при больших размерах происходит неполный прогрев паров, что приводит к снижению качества напыл емых пленок. Более мелкие крупинки оказывают большое сопротивление потоку паров, вследствие чего снижаетс  скорость напылени . Камера 5 в зкости заполн етс  волокнами материала , инертного к испар емому веществу, причем поперечное сечение

каждого .волокна равно 0,01-0,001 площади поперечного сечени  камеры регулировани  в зкости.

Б отличие от всех известных уст- ройств дл  напылени  многокомпонентных покрытий, данное устройство позвол ет измен ть скорость напылени  в широких пределах, не измен   при этом энергетического спектра пара, который может устанавливатьс  независимо от требуемой скорости напылени , что позвол ет с большой точности воспроизводить состав покрыти , улучшить адгезию покрыти , получать воспроизводимые характеристики пленок

Редактор Т. Лазоренко

Составитель Н. Серебр нникова Техред Л.Сердкжова

Заказ 2069

Тираж 829

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производстиенно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,. 101

Корректор М. Полю

Подписное

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, содержащее’бункер для расплава испаряемого вещества с нагревателем, соединенный с камерой испарения, камеру перегрева пара с соплом, соединенную с камерой испарения,и нагреватель, в котором размещаются камера испа-