Факторы, влияющие на свойства тонких пленок

Структура и свойства тонких пленок, полученных путем испарения в вакууме, в значительной степени определяются условиями их конденсации и зависят от следующих факторов: природы используемого вещества и соответствия его структуры структуре ее очистки, микрорельефа и температуры поверхности в процессе конденсации на ней испаряемого вещества, степени вакуума и состава остальной среды в процессе испарения вещества и его конденсации, скорости испарения вещества, угла падения молекулярного потока на подложку, толщины пленки.

Адгезия пленки к подложке во многом зависит от наличия оксидного слоя, который может возникнуть в процессе осаждения между пленкой и подложкой. Желательно чтобы образующийся слой оксида был равномерно распределен между пленкой и подложкой. Если же оксид неравномерно распределен между пленкой и подложкой или располагается на поверхности пленки, то свойства пленки могут изменяться. Необходимым условием хорошей адгезии является очистка поверхности подложки от органических и неорганических загрязнений.

Наличие загрязнений на подложке, например, в форме небольших, изолированных друг от друга островков сильно влияет на электрофизические свойства пленок, в зависимости от того, какая энергия связи больше – между материалом пленки и этими островками или между материалом пленки и подложкой. Поэтому пред напылением необходимо тщательно очищать подложки.

Загрязнение напыляемой пленки происходит вследствие ряда других причин. Так в потоке пара основного вещества всегда присутствуют и пары материала, из которого изготовлен материал, поэтому выбирают материал, упругость пара которого при температуре испарения на несколько порядков ниже упругости пара основного вещества.

Присутствие на подложке до начала осаждения адсорбированных молекул воздуха не только загрязняют пленку, но и служат причиной снижения адгезии, т. к. экранируют подложку от пленки.

Размер зерен и степень шероховатости поверхности подложки оказывают существенное влияние на структуру образующейся пленки. Пленки могут быть мелкозернистой, крупнозернистой и аморфной структурой, в зависимости от условия напыления.

Влияние вакуума на процесс нанесения пленки

Процессы, происходящие при нанесении металлических пленок во многом определяются степенью вакуума в рабочих камерах, характеризующую среднюю длину свободного пути частиц осаждаемого вещества.

При нанесении пленок в среднем вакууме частицы осаждаемого вещества имеют различный характер движения. Часть из них при движении по направлению к подложке претерпевают большое количество столкновений с молекулами газа.

При нанесении пленок в высоком вакууме частицы осаждаемого вещества летят независимо друг от друга по прямолинейным траекториям без взаимных столкновений и столкновений с молекулами газа, не изменяя своего направления, и конденсируются на стенках камеры и поверхности подложки.

Условие вакуума влияет на рост пленок следующим образом.

Во-первых, если вакуум недостаточно высокий, заметная часть частиц, летящих из источника, встречает молекулы остаточного газа, и в результате столкновения с ними рассеивается, т.е. теряет первоначальное направление своего движения и не попадают на подложку. Это существенно снижает скорость нанесения пленок.

Во-вторых, остаточные газы в рабочей камере, поглощаемые растущей пленкой в процессе ее роста, вступают в химические реакции, что ухудшает электрофизические параметры пленки, т.е. повышается ее сопротивление, уменьшается адгезия, возникают внутренние напряжения.

Таким образом, чем ниже вакуум и чем больше в остаточной атмосфере вакуумной камеры примеси активных газов, тем сильнее их отрицательное влияние на количество наносимых пленок, а также на производительность процесса.