Установка нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при нанесении полупроводниковых пленок на изоляционную подложку, в частности для образования электропроводящего покрытия.

Установка нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку содержит корпус с термической камерой между стенками которых размещены нагревательные элементы и теплоизоляционный материал, при этом термическая камера снабжена каналом для отвода образовавшегося технологического газа и загрузочной дверью. На наружной стороне двери смонтирован привод, соединенный своим выходным валом с имеющими возможность вращения вентилятором и предназначенным для закрепления напыляемой подложки приспособлением, которые установлены на внутренней стенке загрузочной двери внутри строго по центру термической камеры. В боковой ее стенке выполнено с подвижной заслонкой сквозное окно для ввода в пространство камеры распыляющего пленкообразующий раствор устройства с приводом его перемещения относительно проема этого окна.

Технический результат-повышение качества полупроводниковых пленок достигается за счет обеспечения равномерности напыляемых слоев и более высокого уровня электропроводимости. 7 з.п. ф-лы, илл.2

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при нанесении полупроводниковых пленок на изоляционную подложку, в частности для образования электропроводящего покрытия.

Известно нанесение полупроводниковой пленки на основе SnO₂ на изоляционную подложку, например на поверхность емкости, предназначенной для нагрева жидкости, при котором емкость предварительно нагревают в электропечи до температуры 450-500°С, после чего ее извлекают из печи и на подготовленную поверхность наносят пульверизатором с высокой распыляющей способностью давлением 1,5-2 атм. в течение 30-40с. спиртовой раствор SnCl₄. Чтобы получить сопротивление 10-50 Ом пульверизацию проводят 5-10 раз (см., интернет сайт anytech.narod.ru е Film.htm., и П.И.Воскресенский "Техника лабораторных работ". М. Химия, 1964 г., с.180.).

Однако полупроводниковые пленки, полученные с использованием только электропечи и нанесением пленкообразующего спиртового раствора SnCl₄ на подложку вне электропечи имеют очень низкое оптическое качество, многочисленные разводы и проколы, что обусловливает их невысокую электропроводимость и быстрый выход из строя при эксплуатации в качестве электронагревателей.

Известно также и нанесение полупроводниковой пленки на основе SnO₂ с применением электрической муфельной печи и другого необходимого технологического лабораторного оборудования, при котором кварцевую подложку нагретую до температуры 500°С извлекают из печи и обрабатывают водным или спиртовым раствором SnCl₄·5H₂O пульверизатором. Для увеличения электропроводимости нанесенной на подложку полупроводниковой пленки в спиртовой раствор хлорного олова вводят восстановитель в виде гидразина или формалина. Продолжительность непрерывной пульверизации составляет от 30 до 40 секунд, поэтому чтобы получить пленку достаточной толщины с сопротивлением до 50ом/см. пульверизацию повторяют многократно, (см. интернет сайт "Scincel com.iresource/scince_article/192" Самостоятельное нанесение прозрачных токопроводящих покрытий, 2011-2012 гг., а также книга П.И.Воскресенский" Техника лабораторных работ" М. Химия, 1973 г. с.219-221.). И хотя полученная в этом случае полупроводниковая пленка имеет более высокое качество, чем в предыдущем аналоге, тем не менее и она не будет удовлетворять повышенным требованиям к ее проводимости и долговечности срока службы, так как нанесение пленкообразующего раствора SnCl₄ 5H₂O вне температурного поля муфельной печи приводит к наличию в осажденном слое пленки включений твердых частичек SnO₂, что гарантирует образование зон повышенного сопротивления и неравномерности толщины наносимой пленки и как следствие этого появляется неравномерность нагрева отдельных зон покрытия пленки, приводящих к снижению долговечности ее службы.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является устройство для нанесения токопроводящих пленок, которое содержит нагревательную печь, рабочую камеру, приспособление для крепления и вращения изделия, форсунку с приводом ее возвратно-поступательного перемещения, бачок с микробюреткой, используемой в качестве дозатора пленкообразующей жидкости, которые связаны с форсункой через электромагнитный вентиль посредством трубки, (см., авторское свидетельство СССР 606828СО3С 17/00, опубликовано 15.05.75 г.).

Однако наличие в рассматриваемом устройстве дозатора обеспечивает лишь только точность регулирования подачи пленкообразующего раствора в камеру, но этого признака явно недостаточно, чтобы предельно повысить степень равномерности нанесенных слоев покрытия, а следовательно и обеспечить равнозначность показателя электропроводимости, по всей площади подложки. Обеспечение этого показателя особенно критично для токопроводящих полупроводниковых пленок, так как для его обеспечения необходимы равномерность парогазовой среды по всему объему рабочей камеры, постоянство температурного режима, механизация операций процесса нанесения пленок на подложку. Все эти технологические условия отсутствуют в рассматриваемом техническом решении, и потому это устройство в существующем конструктивном построении не имеет возможности обеспечить получение полупроводниковых пленок на изоляционной подложке высокого качества.

Все вышеописанные аналоги совпадают с установкой для нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку лишь по функциональному назначению и принципиально отличаются по конструктивному исполнению и использованию.

Задача по устранению недостатков аналогов решается путем создания конструкции установки, которая позволяет наносить пленкообразующий раствор непосредственно в температурном поле термической камеры с механизацией вращения или поворота напыляемой изоляционной подложки и перемещения разбрызгивающего пленкообразующий раствор устройства, с соблюдением температурного режима внутри термической камеры.

Технический результат - повышение качества полупроводниковых пленок на изоляционной подложке достигается за счет того, что пленкообразующий раствор наносится в установке содержащей - корпус с термической камерой, между стенками которых размещены нагревательные элементы и теплоизоляционный материал. Термическая камера при этом снабжена отводящим образующиеся технологические газы каналом и загрузочной дверью, на наружной стороне которой смонтирован привод, соединенный своим выходным валом с имеющими возможность вращения вентилятором и предназначенным для закрепления обрабатываемой изоляционной подложки приспособлением, установленным внутри по центру термической камеры. В боковой стенке термической камеры выполнено с подвижной заслонкой сквозное окно для ввода в пространство камеры распыляющего пленкообразующий раствор устройства с приводом его перемещения относительно проема этого окна.

С целью обеспечения работоспособности установки в качестве приводов вращения вентилятора и приспособления для закрепления напыляемой изоляционной подложки, а также перемещения устройства относительно проема окна термической камеры, выбраны мотор-редукторы с соединительными муфтами. Для этой же цели предназначена и каретка, перемещающая распыляющее пленкообразующий раствор устройство по направляющим штангам вдоль проема сквозного окна термической камеры. Причем это устройство установлено на каретке еще и с возможностью поперечного его перемещения относительно сквозного окна термической камеры.

Кроме того, устройство может менять угол наклона плоскости поперечного перемещения, который необходим особенно при нанесении пленок на плоскую подложку.

Для обеспечения синхронности работы отдельных элементов установки, контроля за температурным режимом нанесения пленок в камере она снабжена пультом управления приводами вращения или поворота приспособления, вентилятором и перемещением устройства, распыляющего пленкообразующий раствор.

Из указанной совокупности перечисленных признаков следует, что они достаточны для достижения технического эффекта предложенной полезной модели.

Полезная модель является новой, поскольку признаки ее формулы в их совокупности не обнаружены в источниках патентной и общетехнической литературе, а конструктивно она совпадает с выявленными заявителем аналогами лишь функционально по назначению. По предлагаемой полезной модели разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец, проведены не только опытные испытания, подтверждающие его работоспособность, но и выполнены целый ряд работ по нанесению полупроводниковых пленок, которые подтвердили достижение технического результата, обозначенного а описании заявки, а именно повышение качества полученных покрытий. В целом установка предназначена для нанесения полупроводниковых пленок, например двуокиси олова- SnO₂, легированной сурьмой и бором, на подложке из изоляционного материала (кварц, алунд, стекло, пирекс, фарфор и т.д.), выдерживающего нагрев до 900°С.

Полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг.1 показан фронтальный вид установки, а на фиг.2 изображен ее вид сбоку на фиг.1.

Установка нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку содержит корпус 1 с термической камерой 2, между стенками которых размещены нагревательные элементы 3, выполненные в виде спиралей из нихрома, уложенные в пазы 4 керамических плит 5 и прилегающих со всех сторон к термической камере 2. Пустоты вокруг плит 5 заложены шамотным кирпичом 6.

Термическая камера 2 снабжена отводящим образующиеся технологические газы каналом 7 и загрузочной дверью 8, на наружной стороне которой смонтирован привод 9, соединенный своим выходным валом 10 с помощью муфты 11 с имеющими возможность вращения обеспечивающим равномерность среды вентилятором 12 и предназначенным для закрепления напыляемой подложки приспособлением 13, установленным на внутренней стороне загрузочной двери 8. Причем приспособление 13 может представлять собой ось 14 с посадочным местом под изделие сложной формы вращения, или в виде многоместного вращающегося барабана 15, в котором установлено несколько изоляционных подложек, или в ином исполнении в виде плиты с зажимами для напыления пленки на панель с плоской поверхностью. Для нанесения пленки в температурной зоне термической камеры 2 в ее боковой стенке выполнено с подвижной заслонкой 17 сквозное окно 18, в которое вводится устройство 19, распыляющее пленкообразующий раствор, установленное на подвижной каретке 20. Каретка 20 перемещается вдоль окна 18 при помощи винтовой пары 21 и двух направляющих 22. Ходовой винт 23 приводится во вращение с помощью мотор-редуктора 24, которые соединены между собой муфтой 25. На каретке 20 закреплена направляющая 26 с пазом 27, по которым с помощью пневмоцилиндра 28 возвратно-поступательно поперечно к окну 18 перемещается распыляющее пленкообразующий раствор устройство 19, представляющее собой форсунку 29, соединенную шлангом 30 с емкостью 31, заполненную раствором для распыления. Распыление производится с помощью подводимого к форсунке 29 сжатого воздуха (на фиг. не показано).

Количество устройств 19 должно быть равным количеству наносимых разного состава пленок, распыляемых на одну и ту же изоляционную подложку. Подвижная заслонка 17 может перемещаться по направляющим 32 как с помощью мотор-редуктора (на фиг. не показан), так и вручную.

Перекрытие окна 18 подвижной заслонкой 17 необходимо для восстановления температурного рабочего режима до 500-900°С после его падения во время проведения впрыскивания пленкообразующего спиртового раствора в частности SnCl₄ 5Н₂O в рабочую зону термической камеры 2. Чтобы обеспечить устойчивость термической камеры 2 к агрессивным средам, ее стенки выполнены из нержавеющей стали и с ребрами жесткости, а ее дверь для удобства закрепления напыляемой подложки в приспособлении выполнена распашной.

Термическая камера 2 может иметь не только прямоугольную, но и цилиндрическую форму. Отвод образовавшихся технологических газов из термической камеры 2 осуществляется с помощью канала 7 и колокола 33.

Установка снабжена пультом 34 управления приводами вращения или поворота приспособления 13 для закрепления обрабатываемой подложки, вентилятора 12 и перемещением устройства 19, распыляющим пленкообразующий раствор. Пульт 34 управления может быть смонтирован как в корпусе 1 самой установки, так и вынесенным за ее пределы при наличии свободных производственных площадей.

Установка нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку работает следующим образом.

Изоляционную подложку закрепляют в приспособлении 13 которое устанавливают на внутренней стороне распашной двери 8 и вводят в термическую камеру 2 при закрытом заслонкой 17 сквозном окне 18. Затем нагревательными элементами 3 доводят в термической камере 2 температуру до заданного технологического уровня 600-900°С в зависимости от типа наносимой пленки, открывают подвижную заслонку 17 и в сквозное окно 18 вводят с помощью пневмоцилиндра 28 форсунку 29 с поступающим в нее по шлангу 30 из емкости 31 пленкообразующим раствором. Одновременно с пульта управления 34 включают привод 9 вращения вентилятора 12 и приспособления 13 с закрепленной подложкой и мотор-редуктор 24 возвратно-поступательного перемещения каретки 20 вдоль сквозного окна 18, после чего в форсунку 29 устройства 19 подают сжатый воздух и производят распыление пленкообразующего раствора в зону обработки термической камеры 2, образуя парогазовую среду, из которой на разогретую плоской или сложной формы подложку конденсируются мельчайшие частицы распыляемого состава пленки. В зависимости от необходимой толщины пленки напыление вдоль сквозного окна 18 производят на подложку в несколько проходов форсунки 29, выдерживая заданную технологическим режимом температуру, для чего форсунку 29 отводят из сквозного окна 18, а подвижную заслонку 17 опускают на проем окна. Вращающийся вентилятор 12, перемешивая парогазовую среду, обеспечивает постоянство градиента температуры по всему объему термической камеры 2, создавая таким образом условия для равномерной конденсации частиц вещества по всей поверхности подложки, а равномерное вращение приспособления 13 с подложкой и возвратно-поступательное перемещение форсунки 29 по направляющим 22 также предназначено для получения этого же технического результата. Образовавшийся технологический газ удаляется из объема термической камеры 2 с помощью отводящего канала 7 и колокола 33 за пределы производственного помещения. В результате создания благоприятных технологических условий за счет проведенной механизации процесса нанесения пленкообразующего раствора на подложку, полученные полупроводниковые пленки имеют высокую электропроводимость, что обусловливает их высокое качество, позволяющее применять их в электротехнической, химической и электронной промышленностях, например использовать в повышенной надежности электронагревателях для нагрева особо чистых сред, в том числе использовать при изготовлении СВЧ-резисторов, для сушки фоторезистов при производстве изделий электронной техники.

Информация, использованная при оформлении заявки на полезную модель.

1. Авт. свидетельство СССР 506584 С03С 17/00, оп. 15.03.76 г.

2. Авт. свидетельство СССР 533563 С03С 17/00, оп. 06.12.76 г.

3. Авт. свидетельство СССР 701976 С03С 17/00, оп. 10.12.79 г.

4. Авт. свидетельство СССР 874690 С03С 17/00, оп. 23.10.81 г.

5. Авт. свидетельство СССР 1265163 С03С 17/00, оп. 23.10.86 г.

6. Полезная модель РФ 60696 F27B 9/06, оп. 27.01.2007 г.

7. Полезная модель РФ 49964 F27B 9/06, оп. 10.12.2005 г.

8. Заявка на изобретение РФ 98105298 F27B 5/00 оп. 10.04.99 г.

9. Патент РФ на изобретение 2125692 F27B 5/00 оп. 27.01.99 г.

10. Н.В.Суйковская. Химические методы получения тонких прозрачных пленок.

Изд. "Химия", Л., 1971 г. с200.

1. Установка нанесения полупроводниковых пленок на изоляционную подложку, характеризующаяся тем, что она содержит корпус с термической камерой, между стенками которых размещены нагревательные элементы и теплоизоляционный материал, при этом термическая камера снабжена отводящим образующиеся технологические газы каналом, загрузочной дверью, на наружной стороне которой смонтирован привод, соединенный своим выходным валом с имеющими возможность вращения вентилятором и предназначенным для закрепления обрабатываемой подложки приспособлением, установленными на загрузочной двери внутри по центру термической камеры, причем в боковой ее стенке выполнено с подвижной заслонкой сквозное окно для ввода в пространство камеры распыляющего пленкообразующий раствор устройства с приводом его перемещения относительно проема этого окна.

2. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что она снабжена пультом управления приводами вращения или поворота приспособления для закрепления обрабатываемой подложки, вентилятора и устройства, распыляющего пленкообразующий раствор.

3. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что загрузочная дверь выполнена распашной.

4. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что стенки термической камеры выполнены из нержавеющей стали и с ребрами жесткости.

5. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве приводов вращения вентилятора и приспособления, а также перемещения устройства относительно проема окна термической камеры выбраны мотор-редукторы с соединительной муфтой.

6. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что она снабжена кареткой для перемещения распыляющего пленкообразующий раствор устройства по направляющим штангам вдоль проема сквозного окна термической камеры.

7. Установка по пп.1 и 6, характеризующаяся тем, что распыляющее пленкообразующий раствор устройство установлено на каретке с возможностью поперечного его перемещения относительно сквозного окна термической камеры.

8. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что устройство для закрепления обрабатываемой подложки может быть выполнено в виде вращающегося по центру термической камеры стержня или барабана с многоместными позициями, а также в виде плиты с зажимами для панелей с плоской поверхностью.