Osadzanie z fazy gazowej

Podobne dokumenty
III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

PVD-COATING PRÓŻNIOWE NAPYLANIE ALUMINIUM NA DETALE Z TWORZYWA SZTUCZNEGO (METALIZACJA PRÓŻNIOWA)

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Technika próżni / Andrzej Hałas. Wrocław, Spis treści. Od autora 9. Wprowadzenie 11. Wykaz ważniejszych oznaczeń 13

Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych

Cienkie warstwy. Podstawy fizyczne Wytwarzanie Właściwości Zastosowania. Co to jest cienka warstwa?

Fizyka Cienkich Warstw

Technologia cienkowarstwowa

Fizyka Cienkich Warstw

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. USF_3 Technologia_A M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1

Co to jest cienka warstwa?

Co to jest kropka kwantowa? Kropki kwantowe - część I otrzymywanie. Co to jest ekscyton? Co to jest ekscyton? e πε. E = n. Sebastian Maćkowski

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

Łukowe platerowanie jonowe

Aparatura do osadzania warstw metodami:

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Praca objętościowa - pv (wymiana energii na sposób pracy) Ciepło reakcji Q (wymiana energii na sposób ciepła) Energia wewnętrzna

Krystalizacja. Zarodkowanie

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

Ćwiczenia rachunkowe z termodynamiki technicznej i chemicznej Zalecane zadania kolokwium 1. (2014/15)

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

Czym się różni ciecz od ciała stałego?

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

1) Rozmiar atomu to około? Która z odpowiedzi jest nieprawidłowa? a) 0, m b) 10-8 mm c) m d) km e) m f)

Próżnia w badaniach materiałów

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Inżynieria Wytwarzania

Domieszkowanie półprzewodników

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Stany skupienia materii

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Układy cienkowarstwowe. Z. Postawa, Fizyka powierzchni i nanostruktury, Kraków Aparatura próżniowa. Pompy turbomolekularne.

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MBE epitaksja z wiązek molekularnych

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Politechnika Koszalińska

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Materiały fotoniczne

Podstawy technologii monokryształów

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zjawiska powierzchniowe

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

Szkła specjalne Przejście szkliste i jego termodynamika Wykład 5. Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

Prowadzący. telefon PK: Pokój 210A (Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej C-5)

Wzrost fazy krystalicznej

Układy cienkowarstwowe cz. II

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Technologia planarna

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Fizyka 1 Wróbel Wojciech

Co to jest cienka warstwa?

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Wytwarzanie próżni pompy strumieniowe

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2016/17)

Synteza Nanoproszków Metody Chemiczne II

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Próżnia w fizyce i chemii

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Struktura CMOS PMOS NMOS. metal I. metal II. warstwy izolacyjne (CVD) kontakt PWELL NWELL. tlenek polowy (utlenianie podłoża) podłoże P

Stan Krystaliczny Stan krystaliczny. Stan krystaliczny

zasięg koherencji dla warstw nadprzewodzących długość fali de Broglie a w przypadku warstw dielektrycznych.

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów. II. semestr Wstęp. 16 luty 2010

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Diagramy fazowe graficzna reprezentacja warunków równowagi

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeV w reaktorze MARIA (Etap 14, 5.1.

a. Dobierz współczynniki w powyższym schemacie tak, aby stał się równaniem reakcji chemicznej.

Powłoki cienkowarstwowe

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

Samopropagująca synteza spaleniowa

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

Inżynieria materiałowa: wykorzystywanie praw termodynamiki a czasem... walka z termodynamiką

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

VarioDry SPN

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Jak TO działa? Co to są półprzewodniki? TRENDY: Prawo Moore a. Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: *******

BUDOWA STOPÓW METALI

Znak postępowania: CEZAMAT/ZP01/2013 Warszawa, dnia r. L. dz. CEZ MODYFIKACJA SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

Podstawowe pojęcia 1

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Zadania treningowe na kolokwium

Transkrypt:

Osadzanie z fazy gazowej PVD (Physical Vapour Deposition) Obniżone ciśnienie PVD procesy, w których substraty dla nakładania warstwy otrzymywane są przez parowanie lub rozpylanie. PAPVD Plasma Assisted Physical Vapour Deposition Osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą Obniżone ciśnienie PACVD Plasma Assisted Chemical Vapour Depisition CVD (Chemical Vapour Depisition) Ciśnienie normalne lub obniżone CVD procesy, w których substraty dla nakładania warstwy są lotnymi związkami. Rozkładu Redukcji Źródło Si Si ( s ) ( s ) 2 SiJ Reakcje: 473 573 Ni( Co) Ni + 4 CO 4 + 1073 1173 SiCl + H Si 4HCl 4 2 + Transportu chemicznego + 2 J + Pod łodł SiJ 2 ( g ) 2 ( g ) 4 ( g ) 1373 K 1173 K 1373 K Si ( s ) SiJ 4 ( g ) 2 SiJ + SiJ 2 ( g ) 4 ( g )

Warunki próżniowe (PVD, PAPVD, PACVD) Warunki molekularne gazu λ >> L Warunki, w których nie występują wzajemne zderzenia między cząsteczkami, lecz głównie zderzenia ze ścianami zbiornika lub innymi powierzchniami znajdującymi się w obszarze próżniowym. λ 0,66 p (cm, Pa) Warunki molekularne Ciśnienie [Pa] 10 5 10 2 10 1 10-2 10-3 10-4 λ [cm] 0,66 10-5 0,66 10-2 0,66 10-1 0,66 66 660 6600 p = 10-3 10-5 Pa Grzanie: -rezystancyjne, - indukcyjne, - wiązką elektronową, - laserem, Zanieczyszczenie warstwy: - zderzenia z cząstek pary z cząstkami gazów resztkowych, - wbudowywanie się gazów resztkowych L P = 1 exp λ L > λ P = L λ L = 10 cm (p = 10-4 Pa, P = 0,15 %)

P PAROWANIE E w exp kt E w - Energia wiązań atomowych Równanie Clausiusa-Clapeyrona dp dt o = T H ( V V ) H - molowa entalpia przemiany (parowania lub sublimacji), Vg, Vs - objętość fazy gazowej i fazy (stałej lub ciekłej) V s << V g s g p g V V V = g s RT dp o dt = Hp 2 RT p o H = Aexp RT

SZYBKOŚĆ PAROWANIA Para j v = j k j v j k Ciecz j V = nυ 4 υ = 8kT πm υ p = nktυ Parowanie swobodne: p < 10-3 Pa, p o 100 Pa j V = p o 2πmkT V j V = p >10-3 Pa o ( p p) α 2 πmkt V

PRZESTRZENNY ROZKŁAD PAR l Θ 90 ds p ϕ r dω ds v dm ds p = m πr 2 cosϕ cosθ

ROZKŁAD GRUBOŚCI WARSTWY l h r Θ ϕ Źródło o małej powierzchni d do = 1 + l h 2 2 Parownik z małą powierzchnią d 0 grubość warstwy (l = 0)

PAROWNIKI Temperatura pracy p o materiału parowanego (1Pa) Prężność par parownika (kilka rzędów mniejsza) Bierność chemiczna do materiału parowanego W Mo Ta Temperatura topnienia (K) Temperatura p o = 10-4 Pa 3653 2883 3273 2683 2093 2513

PAROWNIKI

Cr, V, Fe, Si T > 1300 K p o ~ 10-4 Pa SUBLIMACYJNY PAROWNIK

TYGLOWE PAROWNIKI Mater. ThO 2 BeO ZrO 2 Al 2 O 3 MgO Kwarc Tem. top. [K] 3323 2843 2823 2323 3073 1983 Materiały na tygle Maks. tem. pracy [K] 2773 2173 2473 2173 2173 1373 Odporność na szoki termiczne Słaba Dobra Dobra Dobra Słaba Bardzo dobra

ELEKTRONOWIĄZKOWE PAROWNIKI Pary Topiony materiał Gorąca katoda Pary Topiony materiał Gorąca katoda Elektrody odchylające ce Chłodzenie Ekran Pary Gorąca katoda Chłodzenie Topiony materiał Chłodzony tygiel

Gaz obojętny ciśnienie atmosferyczne Wysoka próżnia Podajnik Strefa osadzania Pompy próżniowe Wiązka elektronów Pompy próżniowe 50 h

Mikrostruktura warstwy Temperatury podłoża (ruchliwość), Ciśnienia cząstkowe gazu (przesycenie), Kąt padania osadzanych cząstek, Energii kondensujących cząstek, Ciśnienie gazu roboczego, Szybkości osadzania, Materiał warstwy i podłoża, Stan podłoża (chropowatość, zanieczyszczenia)

Symulacja Monte-Carlo wzrostu warstwy w zależności od kąta padania strumienia par 45 o 60 o 75 o

Symulacje komputerowe wzrostu warstwy (temperatura podłoża) Warstwa niklu J = 1nm/s Strefa II

Wpływ ciśnienia gazu roboczego na mikrostrukturę warstwy ŹRÓDŁO λ > d d STRUMIEŃ CZĄSTEK WARSTWA CHROPOWATOŚĆ NISKIE CIŚNIENIE ŹRÓDŁO ROZPRASZANIE GAZU λ < d WZROST CHROPOWATOSCI ZE WZRODTEM (d/λ) STRUMIEŃ SKOŚNY λ WARSTWA WYSOKIE CIŚNIENIE Zmniejszenie energii cząstek Wzrost efektu ocieniania

MODEL MOVCHANA DECHISHINA Warstwa aluminium osadzona na ścianie reaktora po 50 h. Metale T s Tlenki T s Odparowanie wiązka elektronowa (100-700µm h -1 ). Grubości warstw (300-2000 µm).

Krystalizacja warstw epitaksjalnych Epitaksja jest to zorientowany krystalograficznie wzrost warstwy monokrystalicznej na podłożu monokrystalicznym, w wyniku którego struktura i orientacja warstwy są w określonej relacji do struktury i orientacji monokrystalicznego podłoża. epi na, taxi uporządkowany rozkład Homoepitaksja (Autoepitasja) Heteroepitaksją Si Si GaAs Si - stopień niedopasowania stałych sieci krystalicznej, - orientacja krystalograficzna podłoża, - jakość struktury podłoża.

Stopień niedopasowania sieci Niedopasowanie sieci określa stopień zróżnicowania położeń w przestrzeni konfiguracyjnej, atomów sieci krystalicznych warstwy i podłoża, pozostających w równowadze termodynamicznej i nie stykających się z sobą. Warstwa Podłoże Różna wartość stałej sieciowej Układ regularny - f 2 = ( a aoi ) ( a + a ) Różna symetria sieci krystalograficznej si 100%; i = x, y oi si f < 5 % to jest możliwy wzrost epitaksjalny warstwy do pewnej grubości.

Stopień niedopasowania sieci a 1 Sieć krystaliczna 1 Dyslokacje niedopasowania Granica rozdziału a 2 a 2 < a 1 Sieć krystaliczna 2 f > 5 %, na granicy rozdziału podłoże warstwa generowane są dyslokacje.

Epitaksja Z fazy stałej Z fazy ciekłej Z fazy gazowej

MBE Molecular Beam Epitaxy Spektrometr mas Ekran fluorescencyjny Komórki efuzyjne Komora chłodzona Ciekłym azotem Działo RHEED Ogrzewane podłoże Komora załadowcza Komora przejściowa Ultra wysoka próżnia ~ 10-8 10-7 Pa (λ = 50 5 km) W warunkach UHV większość gazów w komorze zaadsorbowana na powierzchniach.

Źródła wiązek molekularnych Komórki efuzyjne, komórki Knudsena - piecyki o stabilizowanej temperaturze, pierwiastek umieszczony jest w tyglu w grzejniku komórki. Komórka efuzyjna Tygiel (z azotku boru)

Próżnia Próżnią nazywa się stan, Jaki panuje w obszarze wypełnionym gazami i parami, gdy ich ciśnienie (koncentracja) jest niższe od ciśnienia powietrza atmosferycznego. próżnia niska 10 5 10 2 Pa próżnia średnia 10 2 10-1 Pa próżnia wysoka 10-1 10-6 Pa próżnia bardzo wysoka > 10-6 Pa

Pompy próżniowe Przepływowe Sorpcyjne Objętościowe Kriogeniczne Prędkościowe Zoelitowe Sublimacyjne Jonowe

Pompy objętościowe p = 10 5 10-1 Pa Wada: - spadek prędkości pompowania przy p < 1 Pa, - pary oleju p = 10 3 10-3 Pa S = 50 2000 l/s Szczelina między wirnikami 0,1-0,2 mm

Pompy turbomolekularne Mechanizm pompowania: Nadawanie cząsteczkom gazu kierunkowego momentu ruchu, przez szybko wirującą powierzchnię kierunkowe sprężanie gazu p = 1 10-8 Pa S = 50 2000 l/s

Pompy jonowe (sorpcyjne) Mechanizm pompowania: zjonizowane cząstki gazu są adsorbowane na ściankach anody i zabudowywane atomami. Zalety: - łatwa w eksploatacji - duża prędkość pompowania - czysta pompa Próżnia początkowa ~ 1 Pa Próżnia końcowa: < 10-8 Pa

Pompy kriogeniczne (sorpcyjne) Mechanizm pompowania: adsorpcja na zimnej powierzchni (4 K) Zalety: - pompuje wszystkie gazy z wyjątkiem helu - duża prędkość pompowania - bardzo czysta pompa - umożliwia osiągnięcie najniższych ciśnień Mechanizm chłodzenia: wykorzystuje zjawisko Joula-Thompsona (rozprężanie adiabatyczne helu) Próżnia końcowa: 10-10 Pa

Cykl pompowania MBE Pompa rotacyjna poniżej 1 Pa. Pompa turbomolekularną poniżej 10-4 Pa. Wygrzanie komory ~140 o C przez 1-2 dni przy pracującej pompie turbomolekularnej. Odcięcie połączenia do pompy turbomolekularnej i pompowanie pompą jonową lub kriogeniczną (10-9 10-10 Pa). Pompowanie do ciśnienia 10-9 Pa trwa zwykle 7-10 dni. Czas pompowania można skrócić przez zapowietrzanie komory azotem. Zaadsorbowany azot na powierzchniach komory blokuje dostęp tlenu i pary wodnej. Energia wiązania azotu do powierzchni stali jest mniejsza niż energia wiązania tlenu, a więc łatwiej go usunąć.

Zalety MBE Możliwość wytwarzania struktur wielowarstwowych złożonych ze związków o różnych strukturach elektronowych, np. GaAs AlGaAs. Dobra kontrola ostrości interfejsu (zmiana składu możliwa w jednej warstwie atomowej), możliwość otrzymywania pojedynczej warstwy atomowej. Możliwość otrzymywania supersieci o okresie od kilku Å. Różne możliwości domieszkowania w szerokim zakresie. Wady MBE ultra-wysoka próżnia skomplikowane chłodzenie mała wydajność procesu wzrost: około 0,05 µm/min bardzo wysoki koszt