Электрохимическое осаждение пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
вой фазы.
Практически все перечисленные способы, кроме осаждения из газовой среды, позволяют получить пористые покрытия, причем величина открытой пористости колеблется в широких пределах, достигая 40 % в ряде случаев. Поэтому из перечисленных выше способов наиболее приемлемым является газофазное осаждение. Метод газофазного осаждения заключается в получении тугоплавкого соединения из паров летучих химических соединений, чаще всего галогенидов, содержащих один элемент, и газов, содержащих другой элемент.
При термическом разложении или химическом восстановлении летучих соединений и газов нелетучие продукты осаждаются на горячей подложке, а газообразные удаляются из зоны реакции. Процесс проходит на атомно-молекулярном уровне. Это позволяет получить материалы, плотность которых близка к теоретической, и осуществлять тонкое регулирование толщины, состава, структуры и прочих характеристик осадка. Благодаря использованию реагентов в парообразном состоянии метод позволяет получить равномерное покрытие на изделиях сложной формы и больших размеров.
Достоинством газофазной металлургии является также возможность использования исходных реагентов низкого качества, так как за iет перевода металлической составляющей в газообразное состояние происходит очистка от большинства примесей. В качестве исходных реагентов для получения AlN в виде покрытия необходимы хлорид алюминия, газообразные аммиак и водород. Их чистота должна быть максимально возможной, что, в конечном iете, определяет наличие примесей и прежде всего кислорода в покрытии.
Метод газофазного осаждения достаточно хорошо известен, так как применяется в промышленном получении никеля и железа термическим разложением их карбонилов, при получении титана, гафния и циркония высокой чистоты для атомной промышленности химическим транспортированием иодидов, а также получение полупроводниковых, эпитаксиальных, многослойных структур для электронных приборов: кремния, германия и сложных соединений. Преимущества газофазной металлургии и свойства материалов, полученных этим методом, заслуженно привлекают конструкторов и производственников различных отраслей техники, открывая широкие возможности.
Наличие кислорода в твердой фазе в заключительной степени сказывается на конечных свойствах. Желательно, чтобы чистота реагентов была не ниже 99,99 %.
Очистка реагентов от примесей проводится по стандартным технологиям. Характеристики покрытия определяются технологическими параметрами процесса осаждения: температурой процесса, общим давлением газа, соотношением реагентов, расхода газов.
Температура процесса - 1200-1250 0С. Общее давление в реакционной камере от 10 до 101,3 кПа. Концентрация газообразного хлорида 0,05-0,1 мол. %, аммиака 1,0-3,0 мол. % при общем расходе водорода 40-100 л/мин.
Газы-реагенты (аммиак, хлорид алюминия) и газ-носитель (водород) подаются в коаксиальное сопло, срез которого находится на расстоянии 60 - 100 мм от поверхности изделия. На разогретой поверхности изделия происходит разложение аммиака с выделением атомарного азота, который взаимодействует на активных центрах поверхности с трихлоридом алюминия с образованием нитрида алюминия. Скорость роста пленки нитрида алюминия регулируется и может составлять от нескольких микрометров до 100 мкм/ч.
химический газовый пленка покрытие
Рис. 1. Технологическая схема получения покрытия из AlN
Таблица.1 Пленочные покрытия, которые модно получать с помощью реакций в паровой фазе.
Метод (основной тип реакции)Материал пленочного покрытия (исходные материалы)Диспропорционирование (A + AB2 - 2AB)Al(AlI3); Ge(GeI2); Si(SiI2); соединения элементов III-IV групп (иодиды)Полимеризация (AB > nAB)Полимеры метилметакрилатов, стирола, дивенилбензола, бутадиена, акролиена, эпоксидных смол, аллиглицидиловых эфиров (электроннолучевое экспонирование, фотолиз, тлеющий разряд)Восстановление (AXH2> A + HX)Al(AlCl3); Ti(TiBr4); Sn(SnCl4); Ta(TaCl5); Nb(NbCl5); Cr(CrCl2); Si(SiHS3 или SiCl4); Ge(GeCl4)Окисление (AXH2O > AO + HX)Al2O3(AlCl3); TiO2(TiCl4); Ta2O5(TaCl5); SnO2(SnCl4)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ
Электрохимическое осаждение пленок как метод известно уже давно. Аппаратура для проведения процесса в основном весьма проста и состоит из анода и катода, погруженных в соответствующий электролит. Металл осаждается на катоде, и соотношение между весом осаждаемого материала и параметрами процесса можно выразить с помощью первого и второго законов электролиза, которые гласят:
1.Вес осажденного материала пропорционален количеству электричества, прошедшему через раствор.
2.Вес материала, осажденного при прохождении через раствор одинакового количества электричества, пропорционален электрохимическому эквиваленту E.
Выражая законы с помощью уравнений, можно записать, что вес материала, осаждаемого на единицу поверхности G/A,
G/A = J t E ? г см-2, (1)
где J - плотность тока; t - время. Это выражение включает ёще одну величину, коэффициент эффективности тока ?, представляющий собой отношение действительного количества осажденного материала к подiитанному теоретически; ? принимает значения в интервале то 0,5 до 1.
Уравнение (1) легко записать таким образом, чтобы получить выражение для определения скорости осаждения. Если слой толщиной l осаждается за время t, скорость осаждения l/t выразится соотношением
l/t = J E ? / ? с