Princípios e tecnologia de revestimento de deposição física de vapor (PVD) (2/2) - VeTek Semiconductor

Revestimento de evaporação por feixe de elétrons

Devido a algumas desvantagens do aquecimento por resistência, tais como baixa densidade de energia fornecida pela fonte de evaporação por resistência, certa evaporação da própria fonte de evaporação afetando a pureza do filme, etc., novas fontes de evaporação precisam ser desenvolvidas. O revestimento por evaporação por feixe de elétrons é uma tecnologia de revestimento que coloca o material de evaporação em um cadinho resfriado a água, usa diretamente o feixe de elétrons para aquecer o material do filme e vaporiza o material do filme e o condensa no substrato para formar um filme. A fonte de evaporação por feixe de elétrons pode ser aquecida a 6.000 graus Celsius, o que pode derreter quase todos os materiais comuns e pode depositar filmes finos em substratos como metais, óxidos e plásticos em alta velocidade.

Deposição de pulso de laser

Deposição de laser pulsado (PLD)é um método de produção de filme que usa feixe de laser pulsado de alta energia para irradiar o material alvo (material alvo a granel ou material a granel de alta densidade prensado a partir de material de filme em pó), de modo que o material alvo local suba a uma temperatura muito alta em um instante e vaporiza, formando uma película fina sobre o substrato.

Epitaxia por feixe molecular

A epitaxia por feixe molecular (MBE) é uma tecnologia de preparação de filme fino que pode controlar com precisão a espessura do filme epitaxial, a dopagem do filme fino e o nivelamento da interface em escala atômica. É usado principalmente para preparar filmes finos de alta precisão para semicondutores, como filmes ultrafinos, poços quânticos multicamadas e superredes. É uma das principais tecnologias de preparação para a nova geração de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.

A epitaxia por feixe molecular é um método de revestimento que coloca os componentes do cristal em diferentes fontes de evaporação, aquece lentamente o material do filme sob condições de vácuo ultra-alto de 1e-8Pa, forma um fluxo de feixe molecular e o pulveriza no substrato em um certo velocidade de movimento térmico e uma certa proporção, cresce filmes finos epitaxiais no substrato e monitora o processo de crescimento online.

Em essência, é um revestimento de evaporação a vácuo, incluindo três processos: geração de feixe molecular, transporte de feixe molecular e deposição de feixe molecular. O diagrama esquemático do equipamento de epitaxia por feixe molecular é mostrado acima. O material alvo é colocado na fonte de evaporação. Cada fonte de evaporação possui um defletor. A fonte de evaporação está alinhada com o substrato. A temperatura de aquecimento do substrato é ajustável. Além disso, existe um dispositivo de monitoramento para monitorar online a estrutura cristalina do filme fino.

Revestimento por pulverização a vácuo

Quando a superfície sólida é bombardeada com partículas energéticas, os átomos da superfície sólida colidem com as partículas energéticas, e é possível obter energia e momento suficientes e escapar da superfície. Este fenômeno é chamado de pulverização catódica. O revestimento sputtering é uma tecnologia de revestimento que bombardeia alvos sólidos com partículas energéticas, pulverizando átomos alvo e depositando-os na superfície do substrato para formar uma película fina.

A introdução de um campo magnético na superfície alvo do cátodo pode usar o campo eletromagnético para restringir os elétrons, estender o caminho dos elétrons, aumentar a probabilidade de ionização dos átomos de argônio e obter descarga estável sob baixa pressão. O método de revestimento baseado neste princípio é denominado revestimento por pulverização catódica por magnetron.

O diagrama principal dePulverização de magnetron DCé como mostrado acima. Os principais componentes da câmara de vácuo são o alvo de pulverização catódica do magnetrão e o substrato. O substrato e o alvo estão voltados um para o outro, o substrato está aterrado e o alvo está conectado a uma tensão negativa, ou seja, o substrato tem um potencial positivo em relação ao alvo, então a direção do campo elétrico é do substrato para o alvo. O ímã permanente usado para gerar o campo magnético é colocado na parte de trás do alvo, e as linhas magnéticas de força apontam do pólo N do ímã permanente para o pólo S e formam um espaço fechado com a superfície do alvo do cátodo. 

O alvo e o ímã são resfriados por água de resfriamento. Quando a câmara de vácuo é evacuada para menos de 1e-3Pa, Ar é preenchido na câmara de vácuo de 0,1 a 1Pa e, em seguida, uma tensão é aplicada aos pólos positivo e negativo para fazer o gás brilhar descarregar e formar plasma. Os íons de argônio no plasma de argônio movem-se em direção ao alvo do cátodo sob a ação da força do campo elétrico, são acelerados ao passar pela área escura do cátodo, bombardeiam o alvo e expelem átomos alvo e elétrons secundários.

No processo de revestimento por pulverização catódica DC, alguns gases reativos são frequentemente introduzidos, como oxigênio, nitrogênio, metano ou sulfeto de hidrogênio, fluoreto de hidrogênio, etc. Esses gases reativos são adicionados ao plasma de argônio e são excitados, ionizados ou ionizados junto com o Ar átomos para formar uma variedade de grupos ativos. Esses grupos ativados alcançam a superfície do substrato junto com os átomos alvo, sofrem reações químicas e formam filmes compostos correspondentes, como óxidos, nitretos, etc. Este processo é chamado de pulverização catódica reativa de magnetron DC.

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