Исследование производительности работы магнетронной распылительной системы с жидкометаллической мишенью
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
давлением р на этой поверхности. Из этих экспериментов он вывел важное заключение о том, что жидкость имеет особую способность к испарению и скорость испарения при данной температуре не может превосходить определенную максимальную величину, даже если подача тепла неограниченна. Более того, теоретический максимум скорости испарения получается только в том случае, если с поверхности испаряется такое число молекул, которое необходимо для установления равновесного давления р* на той же поверхности, причем ни одна из молекул не возвращается на поверхность. Это последнее условие означает, что должно устанавливаться гидростатическое давление p = 0. На основе такого рассмотрения можно показать, что число молекул dNв, испаряющихся с площади поверхности Ав за время dt, равно числу молекул, соударяющихся с поверхностью в единицу времени при давлениир*, за вычетом обратного потока, соответствующего гидростатическому давлению р испаряемого вещества в газовой фазе
в / Ав dt = (2?mkT)-1/2 (р* - р) см-2тАвс-1. (1)
Скорости испарения, первоначально измеренные Герцем, всего на одну десятую превышали теоретические максимальные значения. Это было объяснено Кнудсепом в 1915 г. При этом он предположил, что молекулы, сталкивающиеся с испаряющейся поверхностью, могут быть скорее отражены обратно, чем внедрены в жидкую фазу. Следовательно, имеется определенная часть(1 - ?0) молекул пара, которые дают вклад в давление испаряемого вещества, но не участвуют в молекулярном потоке при переходе из конденсированной в газообразную фазу. Для учета такого предположения он ввел коэффициент испарения ?0, который определяется как отношение наблюдаемой скорости испарения в вакуум к теоретически возможной величине, представленной уравнением (1). Тогда наиболее общее уравнение для скорости испарения имеет вид
в / Ав dt =?0 (2?mkT)-1/2 (р* - р) (2)
Это уравнение называется уравнением Герца-Кнудсепа. Кнудсен обнаружил, что величина коэффициента испарения сильно зависит от состояния поверхности ртути. В своих первоначальных экспериментах, в которых испарение происходило с поверхности малых количеств ртути, он получил малые значения ?0, равные 5тАв10-4. Кнудсен предположил, что низкие скорости испарения связаны с загрязнением поверхности, и проявляется это в обеiвечивании поверхности металла. Для проверки этого предположения он брал тщательно очищенную ртуть и испарял ее из ряда капелек, которые падали из пипетки и имели, таким образом, свежую чистую поверхность. Результаты этого эксперимента совпали с полученной ранее величиной максимальной скорости испарения
в / Ав dt = (2?mkT)-1/2 р*(3)
Свободное испарение и эффузия. В 1913 г. Ленгмюр впервые показал, что уравнение Герца - Кнудсена применено также и для описания испарения со свободной поверхности твердого тела. Он исследовал испарение вольфрама с нитей в откачанных стеклянных баллонах и предположил, что скорость испарения вещества при давлениях, меньших 1 мм рт. ст., такая же, как если бы поверхность находилась в равновесии со своим паром. Поскольку повторная конденсация испаренных молекул была исключена, то он вывел выражение для максимальной скорости испарения, совпадающее с уравнением (3). Зная величину уменьшения веса нити за определенное время испарения, Ленгмюр рассчитал давление паров вольфрама. Для того, чтобы сделать это, необходимо молекулярную скорость испарения, см. уравнение (3), умножить на массу молекулы. Это приводит к скорости испарения по массе[1]:
Г = mdNв / Ав dt = (m / 2?kT)1/2 р* (4)
Характер распределения испаряемого вещества в пространстве над испарителем определяется двумя основными параметрами: рабочим давлением в вакуумной камере. Если давление паров испаряемого вещества(металла) при температуре Tи не превышает 1.33 Па, то при рабочем давлении в вакуумной камере порядка 10-2 Па и менее молекулы и атомы испаряемого вещества достигают поверхности подложки без столкновений между собой и с молекулами остаточных газов. В этом случае говорят, что реализуется молекулярный режим испарения и конденсации, для которого справедливы законы Ламберта-Кнудсена: распределение в пространстве потока вещества, испарённого с плоской поверхности, пропорционально косинусу угла между направлением распространением паров и нормалью к поверхности; число частиц, попадающих на поверхность подложки, обратно пропорционально квадрату расстояния между испарителем и под ложкой. Эти законы являются базовыми при анализе закономерностей формирования плёнок на поверхностях различной конфигурации.
При анализе процесса формирования покрытий на положках следует выделить два аспекта - физический и технологический.
Физический аспект отражает закономерности формирования начальных слоёв покрытия, характер продольной и поперечной структур, рельефа поверхности и др.
Не рассматривая детально теорию зародышеобразования и основные закономерности начального роста кристаллов, отметим, что процесс конденсации и структура сформированной плёнки существенно зависят от кинетических параметров конденсации, температуры и потенциального рельефа подложки, плотности падающего молекулярного пучка, характера взаимодействия осаждаемых атомов с подложкой. Из указанных параметров существенным является температура подложки. Многочисленными исследованиями установлено, что на нейтральной (неориентированной) подложке молекулярный пучок конденсируется только в том случае, если температура ниже некоторой критической Tкр.