Установка нанесения пассивирующего диэлектрика

 

Заявляемая полезная модель относится к области технологического оборудования для получения тонких диэлектрических покрытий. Она может использоваться в процессе изготовления фоточувствительных матриц на основе теллурида кадмия-ртути (КРТ) для нанесения пассивирующего покрытия теллурида кадмия на поверхность КРТ. Новым в заявляемой установке является то, что процесс панесения проходит в реакторе типа «горячая стенка» при большой разнице температур между источником и подложкой в неравновесных условиях при низких давлениях компонентов паровой фазы, и, таким образом, в отличие от классического метода «горячей стенки» относится скорее к вакуумному напылению, чем газофазному. С его помощью можно проводить эпитаксиальное наращивание теллурида кадмия на поверхности КРТ, что дает возможность получить границу раздела высокого качества при абсолютной адгезии покрытия. Новым является также конструктивное решение установки на базе отдельных модулей, что делает ее удобной для эксплуатации в условиях чистых производственных помещений. Применение установки, реализующей заявляемую полезную модель, при изготовлении матричных фотоприемников на КРТ прозволило улучшить параметры фоточувствительных элементов и повысить процент выхода годных приборов.

Установка предназначена для получения защитного пассивирующего покрытия на поверхности полупроводника теллурида кадмия-ртути (КРТ) посредством термического вакуумного нанесения диэлектрика теллурида кадмия. Установка может применяться также для получения эпитаксиальных и буферных слоев теллурида кадмия и других полупроводниковых соединений, которые испаряются конгруэнтно (т.е. без нарушения стехиометричности состава источника) и имеют достаточно высокие давления паров, например сульфида свинца, теллурида свинца и сульфида кадмия.

Установки для термического вакуумного напыления широко представлены на рынке технологического оборудования. В качестве аналога принят вакуумный универсальный пост ВУП-5 производства предприятия Selmi (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.950.122ТО, заводской №259, книга 2, 1989 г.), снабженный устройством для термического испарения с резистивных испарителей и держателем для закрепления подложки.

ВУП-5 может применяться для напыления различных диэлектрических покрытий в лабораторных условиях. Установка выполнена на базе одной стойки, на которой размещаются рабочая камера, имеющая вид «колпака» или «колокола», и пульт управления и индикации режимов работы. В одной части стойки размещена вакуумная система, в другой - блоки питания различных устройств, приставок и трансформаторы накала испарителей.

Наиболее близким аналогом заявляемой установки является установка нанесения диэлектрика, известная под названием «горячая стенка» (A.Lopez-Otero, L.D.Haas. High mobility as-grown PbTe films prepared by the hot wall technique. Thin Solid Films, vol.23 (1974), p.1-6).

Известная установка содержит высоковакуумный модуль, высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя, рабочую камеру, в которой размещены источник, подложка с держателем, крышка и стакан, изготовленный из кварцевого стекла.

При напылении слоев теллурида кадмия в установке-прототипе источник CdTe нагревается до 570-600°С, стенки стакана - до 570-610°С, подложка - до 480-500°С. Источник размещается на дне стакана, подложка с держателем - в верхней его части. Процесс проходит в рабочей камере, имеющей форму «колокола», в вакууме при непрерывной откачке.

Внутри стакана создается паровая фаза давлением порядка 10 -1 Пa, состоящая из молекул Cd и Тe2 , которая конденсируется благодаря пересыщению. Процесс роста проходит на подложке при не очень большом отклонении от равновесия, и, следовательно, носит термодинамический характер.

В установке-прототипе проводится напыление теллурида кадмия на BaF2 и другие подложки, выдерживающие значительный нагрев. Нагрев КРТ в вакууме выше 200-250°С нежелателен, так как приводит к деградации характеристик материала. В связи с этим для нанесения теллурида кадмия на поверхность КРТ в известной установке необходимо значительно понизить температуру подложки, что приводит к качественному изменению характера процесса и необходимости изменения конструкции установки.

Недостатком известной конструкции является то, что при ее применении для нанесения пассивирующего диэлектрика на КРТ необходимо значительно увеличить расстояние между источником и подложкой, т.е. длину стакана, а, следовательно, размеры рабочей камеры, что в случае камеры «колоколообразной» формы потребует значительного увеличения мощности высоковакуумного модуля, приведет к значительному увеличению габаритов установки, ее веса и потребляемой электроэнергии.

Задачей заявляемой полезной модели является нанесение CdTe на поверхность КРТ при температуре подложки до 200-250°С, что приводит к

качественному изменению характера процесса и необходимости изменения конструкции установки, поскольку процесс напыления принимает неравновесный кинетический характер со следующими особенностями:

- давление компонентов пара падает ниже 10-2 Па, чему соответствует длина свободного пробега около 70 см;

- указанная длина значительно превышает диаметр стакана, определяющийся размерами подложки (порядка 5 см);

- вследствие этого рассеяние молекул друг на друге происходит менее интенсивно, чем рассеяние на стенках стакана, и поток вещества источника принимает молекулярный характер;

- конденсация паровой фазы в значительной степени происходит на стенках стакана, и только небольшая часть молекул долетает до подложки.

Для формирования однородного направленного молекулярного потока вещества источника, долетающего до сравнительно холодной подложки и обеспечивающего приемлемую скорость напыления порядка несколько микрометров в час, необходимо, чтобы молекулы на пути к подложке испытали многократное рассеяние (адсорбцию и реиспарение) на стенках стакана.

Данное условие может быть выполнено при большой длине стакана, когда длина его нагретой части значительно - более чем на порядок -превышает диаметр. То есть, при нанесении теллурида кадмия на поверхность КРТ помимо изменения распределения температуры требуется увеличение длины стакана. При диаметре 5 см длина нагретой части стакана должна превышать 0,5 м. С учетом наличия холодной части стакана, примыкающей к подложке, и того, что длина высокотемпературного нагревателя, расположенного в установке-прототипе внутри рабочей камеры, превышает длину стакана, общая длина конструкции должна быть более 1 м. Размещение конструкции таких размеров под «колпаком» камеры «колоколообразного» типа нецелесообразно.

Предлагаемая полезная модель представляет собой промышленно-ориентированную установку эпитаксиального выращивания теллурида кадмия методом «горячей стенки», конструкция которой решает задачу нанесения CdTe на поверхность КРТ с целью ее пассивации.

Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что установка нанесения пассивирующего диэлектрика содержит высоковакуумный модуль, высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя, рабочую камеру, в которой размещены источник, подложка на держателе, крышка, станину, стакан, графитовый элемент, блок питания и управления высокотемпературного модуля, блок системы управления, трубопровод высоковакуумного модуля, длина которого достаточна для соединения и создания высокого вакуума в рабочей камере, причем рабочая камера выполнена из кварцевого стекла, представляет собой цилиндрическую трубу, один конец которой запаян, а другой снабжен фланцем для присоединения к трубопроводу высоковакуумного модуля, в рабочей камере установлен стакан, выполненный из кварцевого стекла, на дне стакана размещен источник, а в верхней части стакана на держателе размещена подложка и крышка, причем расстояние между подложкой и источником не менее чем в десять раз превышает внутренний диаметр стакана, причем рабочая камера установлена в высокотемпературном модуле который установлен на станине с возможностью наклона на угол не более сорока пяти градусов, а блок системы управления и блок питания выполнены с возможностью обеспечения температурного режима высокотемпературного модуля, при котором источник и стакан нагреваются до 500°С, а подложка на держателе нагревается до 250°С; кроме того, число высокотемпературных модулей, реакторных модулей и блоков питания и управления высокотемпературных модулей равно двум или более;

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.

На Фиг.1 - изображен общий вид общий вид установки сверху;

На фиг.2 - изображен общий вид остановки спереди, где:

1 - высоковакуумный модуль;

2 - высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя;

3 - рабочая камера;

4 - станина;

5 - блок питания и управления высокотемпературного модуля;

6 - блок системы управления;

7 - трубопровод высоковакуумного модуля;

На Фиг.3 - изображен общий вид рабочей камеры, где:

8 - фланец рабочей камеры, который соединяется с трубопроводом высоковакуумного модуля;

9 - подложка;

10 - держатель подложки;

11 - крышка;

12 - стакан,

13 - источник;

14 - графитовый элемент;

На фиг.4 -изображена структурная блок-схема установки нанесения пассивирующего о диэлектрика, где:

1 - высоковакуумный модуль;

2 - высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя;

3 - рабочая камера;

5 - блок питания и управления высокотемпературного модуля;

6 - блок системы управления;

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в установку нанесения пассивирующего диэлектрика, которая содержит высоковакуумный модуль 1, высокотемпературный модуль 2, выполненный в виде многозонного нагревателя, с рабочей камерой 3, в которой установлен стакан 12, который

выполнен из кварцевого стекла, на дне которого размещен источник 13, а в верхней части стакана 12 на держателе 10 установлены подложка 9 и крышка 11, дополнительно введены станина 4, графитовый элемент 14, блок 5 питания и управления высокотемпературного модуля 2, блок 6 системы управления, трубопровод 7 высоковакуумного модуля 1, который имеет длину достаточную для соединения и создания высокого вакуума в рабочей камере 3, которая выполнена из кварцевого стекла и представляет собой цилиндическую трубу, один конец которой запаян, а другой снабжен фланцем 8 для присоединения к трубопроводу 7 высоковакуумного модуля 1, причем длина рабочей камеры 3 и длина стакана 12 таковы, что расстояние между подложкой 9 и источником 13 не менее чем в десять раз превышает внутренний диаметр стакана 12, причем камера 3 установлена в высокотемпературном модуле 2, причем высокотемпературный модуль 2 размещен на станине 4 с возможностью наклона на угол не более сорока пяти градусов, а блок 6 системы управления и блок 5 питания и управления высокотемпературного модуля 2 выполнены с возможностью обеспечения температурного режима высокотемпературного модуля 2, при котором расположенные в рабочей камере 3 источник 13 и стакан 12 нагреваются до 500°С, а подложка 9 на держателе 10 нагревается до 250°С; кроме того, число высокотемпературных модулей 2, рабочих камер 3 и блоков 5 питания и управления высокотемпературных модулей равно двум или более;

Наличие между источником и подложкой, которые расположены внутри стакана, размещенного в рабочей камере, расстояния, более чем в 10 раз превышающего диаметр стакана, позволяет при испарении источника получить однородный поток молекул Cd и Те2, направленный к подложке КРТ, нагретой до температуры не выше 250°С, и обеспечить скорость напыления покрытия теллурида кадмия не менее нескольких мкм в час.

Выполнение рабочей камеры в виде цилидрической трубы, внутрь которой вставляется стакан с источником и подложкой, позволяет обеспечить расстояние между источником и подложкой не менее чем в 10 раз

превышающее диаметр стакана при минимальном общем объеме рабочей камеры.

Выполнение рабочей камеры из кварцевого стекла позволяет поддерживать минимальный уровень загрязнений и химически протравливать камеру по мере необходимости.

Размещение высокотемпературного модуля снаружи рабочей камеры позволяет уменьшить объем камеры и понизить уровень загрязнений.

Наличие трубопровода позволяет поместить рабочую камеру внутри высокотемпературного модуля и присоединить ее к высоковакуумному модулю при помощи фланца.

При выполнении трубопровода соответствующей формы к одному высоковакуумному модулю может быть присоединено две и более рабочих камер.

Размещение высокотемпературного модуля на станине с возможностью наклона на угол не более 45° позволяет извлекать держатель с подложкой или всю рабочую камеру из высокотемпературного модуля при смене подложек или источника.

Графитовый элемент в форме диска, помещенный между стенками рабочей камеры и стакана, которые выполнены из кварцевого стекла, служит для амортизации.

Блок питания и управления высокотемпературного модуля и блок системы управления позволяют проводить нагрев рабочей камеры по заданной программе, осуществлять контроль над ходом процесса в реальном времени и документировать его.

Блок системы управления позволяет при необходимости работать с двумя и более блоками питания и управления высокотемпературными модулями.

Установка нанесения пассивирующего диэлектрика работает следующим образом.

Внутрь рабочей камеры помещается стакан с порошкообразным источником теллрида кадмия на дне. Высокотемпературный модуль,

расположенный на станине, наклоняется на угол 45, и в него помещается рабочая камера. Подложка КРТ закрепляется на держателе, и вместе с крышкой помещается в рабочую камеру. Высокотемпературный модуль приводится в вертикальное положение, после чего рабочая камера при помощи фланца присоединяется к трубопроводу высоковакуумного модуля. Высоковакуумный модуль, в состав которого входят механический и турбомолекулярный насосы, включается в сеть и проводит откачку рабочей камеры до давления не выше 10-3 Па. Включаются в сеть блок системы управления и блок питания и управления высокотемпературного модуля. В блок системы управления вводится программа нагреза высокотемпературного модуля, выполненного в виде 5-зонного нагревателя. Программа описывает нагрев каждой из зон в реальном времени и имеет 16 линейных участков, для каждого из которых задано время и конечная температура. Блок системы управления посредством передачи данных по цифровой интерфейсной связи по протоколу RS232C программирует блок питания и управления высокотемпературного модуля, выполненный на основе 5 микропроцессорных регуляторов МИНИТЕРМ 400. Блок питания и управления выполняет программу и проводит нагрев рабочей камеры. По окончании процесса блок системы управления и блок питания и управления высокотемпературного модуля выключаются, и происходит охлаждение рабочей камеры вместе с многозонным нагревателем. После охлаждения до комнатной температуры выключается высоковакуумный модуль, рабочая камера отсоединяется от трубопровода, высокотемпературный модуль переводится в наклонное положение, и из него извлекается держатель с подложкой.

1. Установка нанесения пассивирующего диэлектрика содержит высоковакуумный модуль, высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя, рабочую камеру, в которой размещены стакан, источник, держатель с подложкой и крышка, отличающаяся тем, что дополнительно введены станина, графитовый элемент, блок питания и управления высокотемпературного модуля, блок системы управления, трубопровод высоковакуумного модуля, длина которого достаточна для соединения и создания высокого вакуума в рабочей камере, причем рабочая камера выполнена из кварцевого стекла, представляет собой цилиндрическую трубу, один конец которой запаян, а другой снабжен фланцем для присоединения к трубопроводу высоковакуумного модуля, в рабочей камере размещен стакан, выполненный из кварцевого стекла, на дне которого размещен источник, а в его верхней части установлены подложка на держателе и крышка, причем длина стакана и длина рабочей камеры таковы, что расстояние между подложкой и источником не менее чем в десять раз превышает внутренний диаметр стакана, причем камера установлена в высокотемпературном модуле, размещенном на станине с возможностью наклона на угол не более сорока пяти градусов, а блок системы управления и блок питания и управления высокотемпературного модуля выполнены с возможностью обеспечения температурного режима высокотемпературного модуля, при котором расположенные в рабочей камере источник и стакан нагреваются до 500°С, а подложка на держателе нагревается до 250°С;

2. Установка нанесения пассивирующего диэлектрика по п.1, отличающаяся тем, что число высокотемпературных модулей, рабочих камер и блоков питания и управления высокотемпературными модулями равно двум или более.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании осветительных приборов, в конструкции которых задействованы энергосберегающие светодиодные модули
Наверх