Кинетический диффузионный режим осаждения покрытия

Нанесение покрытий методом химических транспортных реакций (ХТР).

 

Метод ХТР входит в большую группу методов которая называется CVD методы (Chemical Vapor Deposition - Химические транспортные реакции).

Методом ХТР осаждают в основном из тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, ниобий) которые получить другими методами получить трудно или невозможно

Суть метода:

В качестве исходного в-ва используется легколетучее хим соединение металлов например: карбонилы и галогениды металлов, имеют высокое давление паров, т.е. они испаряются и переносятся через газовую фазу, адсорбируются на поверхности материала изделия с последующим восстановлением или разложением при т-ре значительно ниже чем т-ра плавления металла. В результате на поверхности образуется металлическое покрытие.

 

Методом ХТР получают покрытия в твёрдом состоянии

 

1. Реакция разложения (или диссоциации).

MeГп Ме(тв)+nГ(газ)

 

2. Реакция восстановления (с водородом)

MeГп n/2Н₂Ме(тв)+nHГ(газ)

3. Реакция диспоропорционирования (изменение валентности)

n/mМеГп(пар)(n/m-1)Ме(тв)+МеГп(газ)

 

Преимущества этого метода ХТР является то, что удаётся значительно снизить температурный режим осаждения.

 

Рассмотрим основные стадии ХТР:

· Подготовка технологического в-ва ( перевод в-ва в газовую фазу, и его очистка)

· Подача газообразных реагирующих компонентов к поверхности изделия.

· Адсорбция на поверхности реагирующих компонентов

· Протекание реакции на поверхности.

· Десорбция в газообразных продуктах реакции.

 

 

 

 

При реализации кинетического режима выход продукта определяется скоростью протекания химических процессов и зависит от энергии активации соответствующей реакции.

В диффузионном режиме скорость реакции определяется скоростью подхода реагирующих компонентов. Крупнозернистая структура.

При низких температурах изделия реакция осаждения Ме происходит в кинетическом режиме, т.е. концентрация исходных компонент существенно не влияет на скорость роста покрытия, всё определяется скоростью самой реакции. В кинетическом режиме образуется обычно мелкозернистая структура, при повышении Т скорость реакции возрастает, соответственно возрастает скорость роста покрытия и режим переходит в диффузионный, т.е. скорость роста начинает завесить от скорости подачи газообразных продуктов к поверхности детали и процессов десорбции и отвода продуктов реакции от изделия.

При дальнейшем повышении температуры при водит к тому что выделение металла происходит не только на пов-ти подложки но и в объёме в этом случае реализуется в том числе и гомогенный режим химической реакции. Такой режим реакции нежелателен, приводит к увеличению скорости роста и приводит к нежелательной потери Ме. Температура влияет на скорость роста и структуру покрытия.

(Химическая реакция на поверхности гетерогенная реакция)

(Химическая реакция в объёме гомогенная реакция)

 

На скорость осаждения влияет:

Скорость подачи хим реагентов и скорость их отвода

 

Если мы повышаем скорость подачи, то у поверхности изделия повышается изделие паров, что вызывает увеличение плотности зародышей конденсируемой фазы, а это приводит к образованию сплошного слоя при меньшей эффективной толщине, при этом образуется покрытие с более дисперсной структурой. На структуру и скорость роста покрытия оказывают влияние адсорбированные на подложке слои, особенно это влияние оказывает на начальных стадиях, а именно образование зародышей. Происходит в следствии того, что изменяется энергия адсорбции и , а это приводит

Кроме того иногда атомы образующихся покрытий вступают химические связи, между атомами покрытия и атомами адсорбционного слоя.

Структура и следовательно св-ва покрытия зависит от из толщины. И как правило в методе ХТР слои непосредственно прилегающие к поверхности изделия состоят из ориентированных перпендикулярных поверхности структур (столбчатые структуры). С увеличением толщины покрытия такие ориентации кристаллических преобразований становятся менее выраженными.