Основы технологии наноматериалов

1.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №
2
Физико-химические основы
синтеза тонких пленок
термическим испарением
материала в вакууме
1

2.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Цель работы: освоить теоретический и
практический материал в области физикохимического основ синтеза тонких пленок
термическим
испарением
материала
в
вакууме.
• В результате выполнения практической
работы студенты должны:
2

3.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Теоретическая часть
• Получение
молекулярного
потока
и
конденсация вещества в вакууме
• Развитие электронной техники во многом
определяется успехами, достигнутыми в
тонкопленочной технологии Тонкие пленки
металлов, полупроводников и диэлектриков
в настоящее время являются основой
элементной базы интегральных микросхем
3

4.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Пленки
некоторых
например,
оксидов,
электрохимическими
диэлектриков,
получают
методами
также
(анодным
окислением), осаждением из растворов, а
полупроводниковых материалов из расплавов
(жидкофазная эпитаксия). Особое место
занимают
методы
молекулярно-лучевой
4

5.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Получение пленок различных веществ
термическим испарением вещества в вакууме
с
последующей
конденсацией
его
на
подложке – один из самых старых и, в то же
время,
самых
универсальных
K n .
методов
d
получения тонкопленочных структур. Этот
процесс слагается из трех процессов: перевод
5

6.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Рассмотрим основные характеристики этих
процессов в кратком изложении.
• При
испарении
твердые
или
жидкие
вещества могут переходить
в газо-фазное
А А , АВ АВ .
ТВ .
Г.
ТВ .
Г.
состояние по трем основным механизмам:
1.Испарение без разложения, когда состав
пара соответствует составу твердой фазы.
6

7.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• где −
− теплота парообразования; −
постоянная размерности.
• В
логарифмической
следующий
более
форме
(2)
имеет
простой
вид:
(3)
• в котором значения параметров
различных
температурных
и
для
диапазонов
7

8.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
2.
Испарение с диссоциацией, когда газовая фаза состоит из
компонентов твердой или жидкой фазы в том же соотношении:
АВТВ . АГ . ВГ ..
Такое испарение называют конгруэнтным.
3.
Испарение с разложением, когда в газовую фазу переходит
преимущественно один легколетучий компонент.
АВТВ . АТВ .( ж.) В Г . .
8

9.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• К первому типу относятся элементарные
вещества: все металлы, полупроводники: Si,
Te, Ge, Se , а также галогениды многих
металлов и некоторые сульфиды, например,
PbS. В молекулярной форме в газовую фазу
S 2 , S4 , S 6 , P4 , Al2 Cl6 .
переходит и монооксид кремния . Следует
отметить,
что
при
таком
механизме
9

10.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Испарение с диссоциацией наблюдается
преимущественно для бинарных соединений,
например,
группы
представителями
кадмия
и
.
Типичными
являются
халькогениды
цинка.
Их
сопровождается
образованием
1 VI
II
VI
II
халькогена:
A BТВ . AГ .
2
испарение
молекул
B2 Г . .
10

11.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• К третьему типу относятся соединения с
резко различающимися упругостями паров
компонентов,
составляющих
II
VI
A B
соединения,
( GaAs , InP )
например, полупроводниковые соединения
группы
• .
В
газовую
фазу
переходит
11

12.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Характер испарения вещества и состав
газовой фазы можно в первом приближении
оценить,
сравнивая
сублимации
и
величины
энергии
связи
теплоты
(теплоты
образования) данного соединения. Так, если
теплота
сублимации
образования,
то
при
больше
испарении
теплоты
будет
12

13.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Обычно
при
вещество
разогревается
испарении
в
вакууме
до
такой
температуры, при которой давление пара над
его поверхностью достигает (10-3 – 10-2) Па.
Эту
температуру
температурой
испарителя,
в
часто
называют
испарения.
Разогрев
который
помещают
13

14.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НАНОМАТЕРИАЛОВ
• Вопросы и задания для самоконтроля по
изучаемой теме
1.Назовите основные методы вакуумного
термического испарения. Охарактеризуйте
каждый из них с учетом их достоинств и
недостатков.
2.Перечислите основные факторы, влияющие
14