Principi e tecnologia del rivestimento PVD (Physical Vapor Deposition) (2/2) - VeTek Semiconductor

Rivestimento per evaporazione a fascio di elettroni

A causa di alcuni svantaggi del riscaldamento a resistenza, come la bassa densità di energia fornita dalla fonte di evaporazione a resistenza, una certa evaporazione della fonte di evaporazione stessa che influisce sulla purezza della pellicola, ecc., è necessario sviluppare nuove fonti di evaporazione. Il rivestimento per evaporazione a fascio di elettroni è una tecnologia di rivestimento che inserisce il materiale di evaporazione in un crogiolo raffreddato ad acqua, utilizza direttamente il fascio di elettroni per riscaldare il materiale della pellicola, vaporizza il materiale della pellicola e lo condensa sul substrato per formare una pellicola. La fonte di evaporazione del fascio di elettroni può essere riscaldata fino a 6000 gradi Celsius, il che può fondere quasi tutti i materiali comuni e depositare pellicole sottili su substrati come metalli, ossidi e plastica ad alta velocità.

Deposizione di impulsi laser

Deposizione laser pulsata (PLD)è un metodo di realizzazione di film che utilizza raggio laser pulsato ad alta energia per irradiare il materiale bersaglio (materiale bersaglio di massa o materiale di massa ad alta densità pressati dal materiale del film in polvere), in modo che il materiale target locale sale a una temperatura molto elevata in un istante e vaporizza, formando un film sottile sul substrato.

Epitassia da fascio molecolare

Molecular Beam Epitaxy (MBE) è una tecnologia di preparazione a film sottile in grado di controllare accuratamente lo spessore del film epitassiale, il doping del film sottile e la piattaforma di interfaccia su scala atomica. Viene utilizzato principalmente per preparare film sottili ad alta precisione per semiconduttori come film ultra-sottili, pozzi quantistici a multistrato e superlattici. È una delle principali tecnologie di preparazione per la nuova generazione di dispositivi elettronici e dispositivi optoelettronici.

L'epitassia a fascio molecolare è un metodo di rivestimento che posiziona i componenti del cristallo in diverse fonti di evaporazione, riscalda lentamente il materiale della pellicola in condizioni di vuoto ultraelevato di 1e-8Pa, forma un flusso di fascio molecolare e lo spruzza sul substrato ad una certa velocità del movimento termico e una certa proporzione, fa crescere film sottili epitassiali sul substrato e monitora il processo di crescita in linea.

In sostanza, si tratta di un rivestimento per l'evaporazione del vuoto, tra cui tre processi: generazione di fasci molecolari, trasporto di raggi molecolari e deposizione di fascio molecolare. Il diagramma schematico dell'apparecchiatura di epitassia del fascio molecolare è mostrato sopra. Il materiale target viene inserito nella fonte di evaporazione. Ogni fonte di evaporazione ha un deflettore. La fonte di evaporazione è allineata con il substrato. La temperatura di riscaldamento del substrato è regolabile. Inoltre, esiste un dispositivo di monitoraggio per monitorare la struttura cristallina del film sottile online.

Rivestimento a vuoto

Quando la superficie solida viene bombardata da particelle energetiche, gli atomi sulla superficie solida vengono scontrati con le particelle energetiche ed è possibile ottenere energia sufficienti e slancio e fuggire dalla superficie. Questo fenomeno si chiama sputtering. Il rivestimento sputtering è una tecnologia di rivestimento che bombardano obiettivi solidi con particelle energetiche, sputtering atomi bersaglio e depositandoli sulla superficie del substrato per formare un film sottile.

L'introduzione di un campo magnetico sulla superficie target del catodo può utilizzare il campo elettromagnetico per limitare gli elettroni, estendere il percorso elettronico, aumentare la probabilità di ionizzazione degli atomi di argon e ottenere scariche stabili a bassa pressione. Il metodo di rivestimento basato su questo principio è chiamato rivestimento sputtering magnetron.

Lo schema di principio diSputtering magnetron DCè come mostrato sopra. I componenti principali nella camera del vuoto sono il bersaglio di sputtering magnetron e il substrato. Il substrato e il bersaglio si stanno affrontando l'uno dell'altro, il substrato è messo a terra e il bersaglio è collegato a una tensione negativa, ovvero il substrato ha un potenziale positivo rispetto al bersaglio, quindi la direzione del campo elettrico proviene dal substrato al bersaglio. Il magnete permanente utilizzato per generare il campo magnetico è impostato sul retro del bersaglio e le linee magnetiche del punto di forza dal polo N del magnete permanente al polo S e forma uno spazio chiuso con la superficie bersaglio del catodo. 

Il bersaglio e il magnete vengono raffreddati mediante acqua di raffreddamento. Quando la camera a vuoto viene evacuata a meno di 1e-3Pa, l'Ar viene riempito nella camera a vuoto a 0,1-1Pa, quindi viene applicata una tensione ai poli positivo e negativo per far scaricare il gas incandescente e formare plasma. Gli ioni di argon nel plasma di argon si muovono verso il bersaglio del catodo sotto l'azione della forza del campo elettrico, vengono accelerati quando passano attraverso l'area scura del catodo, bombardano il bersaglio ed emettono atomi del bersaglio ed elettroni secondari.

Nel processo di rivestimento di sputtering DC, vengono spesso introdotti alcuni gas reattivi, come ossigeno, azoto, metano o idrogeno solforato, fluoruro di idrogeno, ecc. Questi gas reattivi vengono aggiunti al plasma di argon e sono eccitati, ionizzati o ionizzati insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR insieme all'AR atomi per formare una varietà di gruppi attivi. Questi gruppi attivati ​​raggiungono la superficie del substrato insieme agli atomi bersaglio, subiscono reazioni chimiche e formano i corrispondenti film composti, come ossidi, nitruri, ecc. Questo processo è chiamato sputtering di magnetron reattivo CC.

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