Kapitola 6
Technologie naparovaní
6.1   Realizace vakuového naparování
Termické naparování, nebo vakuové naparování (čistě fyzikální metoda) je jedna z nejstarších technik nanašení tenkých vrstev. Je široce pouZívaná v laboratořích a průmyslu pro nanašení tenkých vrstev kovů a slitin.
Existuje nekolik ruzních naparovacích postupů:
• Odporové zahřívaní. Teto metoda je zaloZena na ohrívaní materiílu vouZitím lodicky nebo dratu z odporoveho, tezko tavitelneho materialu, jako je W, Mo, Ta, Nb. Nekdy se pouzíva i keramicke ípravy povrchu techto drzaku.
• K prímemu naparovaní dochízí v okamziku, kdy je naparovaní materiíl:
• Zavesen napríklad na drítene spiríle ve forme svorky tvaru U (odparovaní materiíl musí smícet spiralu, aby se na nej po roztavení nalepil),
• Je vlozen do drítu tvaru kosíku (naparovaní materiíl nesmí smacet lodicku, aby po roztavení vytvoril kapku, ktera nevytece z kosíku)
• je vložen do lodičky, lodička je přibližně 0,3 cm hluboká, 10 cm dlouhá a 1 až 2 cm šiřoká, Výkon potřebný přo tyto ždřoje je podstatně větší, než v případe dřátoveho uchycení, ale lže deponovat tlustší vřstvy,
• Je uvnitř užavřene nádoby (pece) uřcene k tomu, aby žabřanila vytvaření napařených skvřn na substřátu, Pícka ma tvař užavřene nadoby s malými otvořy, kteřými přoudí napařovaný mateřial,
• Kelímek ž křemene, gřáfitu, keřamiky se používá přo nepříme žáhřívání.
Sublimace. Pokud mý mateřiál dostatecne vysokou tenži pař před tavením, žácne sublimovat a následne kondenžýt vytváří tenkou vřstvu, Nevýhodou je nížký de-požicní řychlost,
Naparováni několika komponent Pokud je napařovýna slitina, nebo nekolik složek, muže být řoždílná napařovací řychlost přo jednotlive komponenty, díky řoždílne tenži pař, tendenci řeagovat s nosným mateřiálem nebo možne tepelne dekompožici mateřiálu, Přo případ řoždílu tenže pař lže přo uřcit koeficient přo složku slitiny A a B ž Lungmuiřova vžtahu (??) žá předpokladu, že tlak plynu každe složky je meřná řelativní koncentřaci CA, CB:
Ía = CaPa [řňĚ j b C b Pb V m a '
(6,1)
Technicky zajímavé je to, že za čím vyšší napařovací teplota pro slitinu složenou ze sloučenin s velmi rozdílnou tenzí par, tím blíže je složení vrstvy podobne složení původní slitiny.
• Jiskrové naparování Rychle naparovaní slitin, či nekolikasložkových sloučenin, ktere se normílne mají tendenci rozpadat na složky, lze dosahnout kapíním malinkích kapek na horkí povrch. Dojde tak k separítnímu odparovaní na mnoha místech kdy se ale v každem míste odparí vsechny složky.
• Obloukové naparovaní. Zapílením elektrockeho oblouku mezi dvema vodivími elektrodami dochazí v míste dopadu oblouku k velkemu ohrevu materialu. Teplota je dostatecní i k odparovaní Nb a Ta. Tato metoda je take casto používí k naparovaní uhlíku na vzorky pro elektronoví mikroskop.
• Technika explodujícího dmtu. Tato technika je založení na explozi drítku zpusobene prudkím ohrevem díky pruchodu velkeho proudu, rídove 106 A/cm2. Takovehoto efektu je dosaženo polem kondenzítoru 10 to 100 /xF) nabitím na napetí & 1 to 10 kV.
• Laserové naparovaní. Obrovska intenzita laseroveho svazku muže bít použita k ohrevu a odparovíní materialu. Laseroví zdroj muže bít mimo vakuoví system a svazek bíva zaostren na povrch naparovaneho materialu.
• RF ohrev. Pro ohrev materialu lze použít elektromagnetickou indukci. Ohrev lze aplikovat bud' prímo na naparovaní material, nebo neprímo na kelímek v nemž je
naparovaný materiál uložen.
• Naparování elektronovým svazkem Naparovaní použitím odporového žahrívaní má velkou nevýhodu v tom, že naparovaný materiál bývá kontaminovan materialem držaku. Take je naparování limotováno vstupním výkonem (došlo by k tavení držaku), což žnačne žtežuje naparovaní materiálu s vysokou teplotou tání. lže to obejít pomocí elektronoveho bombardu materialu.
Nejjednodušší usporadaní sestava ž Wolframoveho vlákna, ktere je žhaveno a emituje elektrony. Ty jsou nasledne urychlovaný díky privedení kladneho napetí na naparovaný material. Elektrony v nem žtmcejí svou energii, čímž material ohrívají a dochaží k jeho vyparovaní.
6.2   Epitaxe z molekulárních svazků (MBE)
Epitaxe ž molekulárních svažku (MBE ž anglickeho molecular beam epitaxy) je sofistikovana, presne kontrolovana metoda pro mst monokrystalicke epitaxní vrstvy ve velmi vysokem vakuu (10-9 Pa). Vrstvy jsou vytváreny na monokrystalickem substrátu pomalým naparováním jednotlivých atomu ci molekul. Substrat je a rostoucí vrstva jsou udržovany na presne dane teplote. Aparatura pro MBE se sklada ž následujících castí:
• Vakuový system je velice podobný usporádání, ktere je používano pro analýžu povrchu a kompatibilní s technikou vysokeho vakua. Typický system pro MBE je složen
ze čtyř oddělených komor: vstupní komora pro vkládání a vyjímání substrátů, de-poziční komora, komora pro analýzu a pomocná komora pro přípravně procesy.
• Zdroje materiálu jsou zíkladem kaZděho MBE systěmu. Musí byrt schopně poskytovat dostatečnou čistotu a rovnomernost naparovaneho materialu.
• Knudsenovy cely jsou standartním zdrojem pro naparovíní. Vypadají jako hluboke tyglíky uvnitr pece. Pec je vybavena chlazením sten a termočlankem. Jsou vetsinou vyrobeny z odolneho kovu jako je Ta, Mo nebo keramiky.
• Solid Source Cracking Cells. Nektere materiíly jako arsen a fosfor se odparují ve více molekularních formích. Obvykle platí, ze vetsí molekuly mají vyssí tenzi par a nizsí koeficient ulpení pri dane teplote substratu nez mensí molekuly víteznost lze zvísit rozbitím vetsích molekul jiz ve zdroji. Konstrukce zdroje materialu v tomto prípade odpovídí obvykle Knudsenove cele s tím rozdílem, ze je pridan dalsí ohrev na vístupu z cely, kterí slouzí k rozkladu molekul.
• Kontinuální zdroj je typ zdroje pro tekute materiíly (napr. rtut').
• Zdroj s elektronovým ohřevem je pouzívan pro tezko tavitelne materialy (W, Co, Ni, Si, Ge).
• Implantačná zdroj Plyn ze zdroje je ionizovan, v nekterích prípadech jsou ionty separovany podle hmotnosti. Nísledne jsou ionty urychleny smerem
k substrátu.
• Clona Jedním ze základních prvku, nutných pro správnou funkci MBE, je cloná umístěná ná zdroji. Spolu s pomalou rychlostí rustu vrstvy umoZňuje kontrolu nád procesem rustu. PoZádávkem je schopnost závrít se behem 0,1 s.
• Manipulace se vzorky. Vzorky pro MBE jsou uchyceny v molybdenovem drzíku pomocí indioveho tmelu. Zá teploty obvykle pro MBE je indium tekute á zájist'uje dobrou prilnávost á prevod teplá. Teplotá substrítu bíví kontrolovíná bud' termoclínkem, nebo pyrometrem. Obvykle bívá velke substráty (> 5 cm) nechát bňehem depozice rotovát.