|
Твердофазная эпитаксия
При твердофазной эпитаксии происходит перекристаллизация смежного с подложкой слоя. Для ускорения диффузии слоев необходима высокая температура, но ниже температуры плавления.
Эпитаксия: особенности и область применения
Качество эпитаксии зависит от трех параметров:
чистоты подложки;
скорости наращивания;
температуры.
Скорость наращивания эпитаксиальных слоев сильно зависит от температуры нагрева, давления и насыщенности газов. Чаще всего эпитаксиальные слои образуются со скоростью нескольких микрометров в минуту. Высокая температура нагрева способствует свободному перемещению осаждающих атомов в структуру подложки и помогает занять им свое место. Но вместе с этим образуется толстый переходной слой, который значительно ухудшает качественные характеристики эпитаксиального наращивания. А низкая температура нагрева ведет к осаждению поликристаллического слоя, что также не всегда имеет положительный эффект.
Основные направления применения эпитаксии:
нанотехнологии;
полупроводниковое производство.
С помощью наращивания эпитаксиальных слоев создаются многослойные структуры для полупроводниковых схем, магнитной памяти и прочего.
2-Тема. Роль тонких слоев в разработке электронных устройств.
Тонкопленочная технология - это разработка очень тонких слоев материала для осаждения на поверхности объектов, от полупроводников до листового стекла. Тонкая пленка предлагает производителям ряд преимуществ, в том числе снижение производственных затрат, изготовление более мелких и легких готовых изделий и повышенную гибкость. Тонкие пленки могут быть изготовлены из различных материалов, включая кремний и керамику. Компании, специализирующиеся на разработке и применении тонких пленок, можно найти по всему миру.
Одним из применений тонкопленочных технологий является производство полупроводников, включая разработку новых фотоэлектрических элементов. Размер может иметь решающее значение для полупроводников, особенно потому, что потребители ожидают меньших и более тонких ноутбуков, мобильных телефонов и других электронных устройств. Тонкая пленка обеспечивает стабильную поверхность, которая будет хорошо работать, без основной массы более традиционных покрытий. Это также существенно снижает стоимость материалов, так как меньше материалов пойдет дальше. Эта экономия может быть передана потребителям.
Для оптики, такой как линзы, специально обработанные окна и зеркала и т. Д., Технология тонких пленок обеспечивает улучшенные характеристики. Тонкий слой уменьшает искажения, уменьшает вес и работает как более толстые слои материалов. Тонкие пленки могут фильтровать свет, добавлять изоляцию или превращать линзу в зеркало, в зависимости от необходимости. Эта технология особенно полезна для проектирования зеленых зданий, где обработка окон тонкой пленкой может снизить потери энергии и сделать здание более эффективным.
Эта технология требует разработки материалов, которые можно использовать в тонких пленках, наряду с методами нанесения. Они могут включать в себя металлизацию, осаждение из паровой фазы и распыление. Во всех случаях для создания тонкой пленки необходимо уметь наносить очень тонкий и очень ровный слой материала. Перебои в фильме приведут к снижению производительности. Разработчики тонкопленочных технологий регулярно исследуют новые материалы и методы нанесения, чтобы производить самые лучшие продукты для нужд своих клиентов.
Во многих компаниях есть отделы исследований и разработок, работающие над технологиями тонких пленок. Как и в случае других технологических достижений, существуют постоянные возможности для улучшения, включая уменьшение толщины пленок, расширение областей применения и разработку новых методов производства тонких пленок. Исследователи в этой области часто являются инженерами и обычно имеют ученые степени. Люди, заинтересованные в карьере в этой области, должны пройти обучение в рамках уважаемой инженерной программы. Может быть полезно найти стажировку в крупных компаниях, чтобы получить опыт работы и профессиональные связи в школе.
Тонкие плёнки могут быть твёрдыми или жидкими (реже — газообразными). Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. К твёрдым тонким плёнкам относятся оксидные плёнки на поверхности металлов и искусственные плёночные покрытия, формируемые на различных материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внешнего вида и т. п.
Жидкие тонкие плёнки разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях; образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе плёнок. Жидкие тонкие плёнки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллических твёрдых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твёрдой и жидкой фаз более, чем вдвое (условие Гиббса–Смита). Газообразные тонкие плёнки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.
Определение толщины тонких плёнок часто проводят методами, основанными на измерении интенсивности отражённого света, например, при помощи эллипсометрии; используют также электрические методы, основанные на определении ёмкости и проводимости тонких плёнок. Для изучения твердых тонких плёнок применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и другие методы, разработанные для исследования поверхности твердых тел. Получение тонких плёнок и тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда современных областей техники, прежде всего микроэлектроники.[
Нанесение тонких плёнок на подложку может осуществляться различными методами, наиболее часто используемые методы:
- химическое и плазмохимическое осаждение из газовой фазы,
- процессы вакуумного напыления, в том числе
- вакуумное термическое распыление
- магнетронное распыление
- вакуумно-дуговое нанесение
- ионно-лучевое осаждение
- электронно-лучевое осаждение
Объекты, имеющие столь малые размеры, в ряде случаев кардинально меняют свои свойства. Например, у столь малых объектов меняется температура плавления, степень переохлаждения и межплоскостное расстояние по сравнению с массивными объектами. Многие функциональные покрытия имеют ограничения по толщине, свыше которой теряют свои свойства либо разрушаются при нанесении.
Изменение свойств объясняется увеличением роли поверхности с уменьшением объекта, поскольку объём тела изменяется пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поверхности — квадрату. Соответственно отношение S/V ведёт себя как 1/r. Благодаря этому силы поверхностного натяжения, которые в массивных образцах не играют существенной роли, в нанообъектах становятся существенными. А поскольку они действуют в приповерхностном слое, их действие можно уподобить приложению внешнего давления, которое, как известно, может изменить как температуру плавления, так и межплоскостные расстояния.
Основное применение находят твёрдые тонкие плёнки, наносимые на поверхность различных объектов.
С тонкими плёнками связаны такие отрасли промышленности, как:
- металлообработка — на современный инструмент наносят различные функциональные покрытия,
- обеспечивающие его износостойкость, требуемые трибологические и другие свойства
- нанесение декоративных и защитных покрытий
- техника высокого вакуума
- микротехнология и производство микроэлектронных устройств — основной метод получения функциональных слоёв
- оптика — получение просветляющих и отражающих покрытий
Do'stlaringiz bilan baham: |
