Термообработка и нанесение покрытий
Плазменное напыление
(раздел скоро будет доступен)
Плазменная очистка
(раздел скоро будет доступен)
Центрифугирование
(раздел скоро будет доступен)
Термическое испарение
(раздел скоро будет доступен)
Ультразвуковой спрей-пиролиз
(раздел скоро будет доступен)
Электропрядение
Трубчатые печи
Муфельные печи
(раздел скоро будет доступен)
Атмосферные печи
(раздел скоро будет доступен)
Оборудование для аккумуляторов
(раздел скоро будет доступен)
Стоматологические печи
(раздел скоро будет доступен)
Вакуумные печи
(раздел скоро будет доступен)
Мельницы и миксеры
(раздел скоро будет доступен)
Перчаточные боксы
(раздел скоро будет доступен)
CVD системы
(раздел скоро будет доступен)
Покрытие погружением
(раздел скоро будет доступен)
Ленточное (doctor-blade) нанесение
(раздел скоро будет доступен)
Оборудование для нанесения покрытий
(раздел скоро будет доступен)
Печи для кристаллов
(раздел скоро будет доступен)
Быстрая термическая обработка (RTP)
(раздел скоро будет доступен)
Шприцевые насосы
(раздел скоро будет доступен)
Вакуумные индкукционные печи
Печи индукционного типа предназначены для обработки черных металлов и осуществляют прогрев поверхности материалов с помощью трансформируемого потока энергии электромагнитного поля. Формирование электромагнитного поля происходит в процессе работы индуктора, который проводит переменный ток. За счет магнитной индукции полученная электромагнитная энергия переводится в тепловой поток, который воздействует на обрабатываемые материалы.
Устройство печи с индукционным прогревом включает следующие рабочие узлы:
Вакуумная камера из нержавеющей стали;
Контур водяного охлаждения;
Подводящий трубопровод;
Система глубокого вакуума с турбомолекулярным насосом;
Платформа для разлива металла.
Устройство вакуумной индукционной печи
Оборудование оснащается тиристорными преобразователями, которые выполняют функцию защиты, присутствие гелиевых датчиков обеспечивает контроль показателей давления, глубина вакуума измеряется с помощью встроенных цифровых вакуумметров, поворот агрегата при разливке осуществляется благодаря конструкции привода.
Электродуговая вакуумная печь
Печи вакуумные электродуговые обеспечивают нагрев материалов до температурных показателей 2000°С в вакуумной среде. Принцип действия установок предусматривает передачу тепловой энергии от электрической дуги, формирование которой производится при подаче постоянного тока. Область применения оборудования включает высокотехнологичные промышленные предприятия и лабораторные комплексы. Преимуществом вакуумной плавки в электродуговых печах является удаление газовых вкраплений, что позволяет получать на выходе изделия с однородной структурой.
Модификация дуговых установок включает:
Модели с электродом расходуемого типа;
Устройства, при работе которых электрод не расходуется.
Электродуговая вакуумная печь
Вакуумные печи электродугового типа оборудуются вакуумными насосами для удаления атмосферного воздуха из рабочей камеры, которые предусматривают бустерный либо форвакуумный принцип работы. Устройства оснащены защитными фильтрами, которые препятствуют проникновению частиц грязи и пыли.
Вакуумная печь азотирования
Азотирование в вакуумной среде – технология обработки металлов и сплавов в высокотемпературных условиях без доступа атмосферного воздуха, которая проводится в герметичной рабочей камере и обеспечивает упрочнение поверхности обрабатываемых материалов. Процесс применяется для сталей низколегированными и низкоуглеродистыми характеристиками, а также для изделий из титана, алюминия и молибдена.
Принцип работы печей азотирования в вакууме базируется на реализации технологии дифундрирования азотных составляющих, которые при условии отсутствия воздуха в рабочей среде перемещаются из поверхностного слоя в глубину обрабатываемого материала и улучшают его качественные параметры. Отдельным видом оборудования выступают печи плазменного азотирования, которые отличаются экономичным использованием электроэнергии и предусматривают воздействие на отдельные зоны за счет присутствия специальных пластин.
Вакуумная печь для пайки
Вакуумные печи пайки функционируют по принципу диффузионного взаимодействия металлических изделий, который предусматривает соединение твердого припоя с материалом, подвергающимся обработке. Процесс вакуумной пайки позволяет получать надежные соединения металлических частиц с чистой и гладкой поверхностью. Технология предусматривает глубокий и однородный прогрев образцов с финальной стадией быстрого охлаждения. Пайка в безвоздушном герметичном пространстве имеет следующие достоинства:
Повышенная прочность и упругость образцов;
Возможность объединения крупногабаритных деталей;
Одновременно проводится закалка материалов;
Использование безфлюсовой технологии соединения без формирования коррозийных включений;
Сохранение цветовых характеристик деталей после нагрева;
Процедура экологически безопасна и не сопровождается выбросом токсичных веществ;
Пайка осуществляется за один производственный цикл.
Присутствие защитной среды позволяет избежать появления окислений на поверхности материалов при пайке. При процедуре вакуумной пайки отсутствует деформационное изменение формы образцов и достигается однородность структуры металлов без наличия пор.
Плавильная вакуумная печь
Вакуумные печи плавления обеспечивают обработку металлов и различных типов сплавов в условиях воздействия высоких температур для формирования структурных изменений материала в безвоздушной среде. Агрегаты применяются в промышленных целях и при организации научных исследований в лабораториях. Индукционный принцип действия установок позволяет формировать магнитное поле, позволяющее изменять структуру металла из твердой формы в жидкую.
Основными рабочими узлами плавильной печи являются:
Плавильная камера;
Высокочастотный генератор;
Термопара;
Преобразователь;
Система откачки воздуха;
Устройство для загрузки сырья.
Корпус рабочей камеры плавильной печи изготавливается из шлифованной высокопрочной нержавеющей стали, для внешнего контура установки применяется углеродистое стальное покрытие, что позволяет осуществлять обработку в условиях высоких температур. Герметичность внутреннего пространства поддерживается благодаря присутствию вакуумного кольца, которое находится в промежутке между внутренними и внешними стенками. Достоинством эксплуатации индукционной печи плавления является отсутствие нагрева внешнего контура в процессе обработки, поэтому для работы установки нет необходимости в применении дополнительного контура охлаждения.
Современные методы получения тонкопленочных структур
В настоящее время на производственных предприятиях микроэлектронной промышленности выявляется потребность в нанесении тонких металлических и диэлектрических пленок на различные поверхности. Тонкие пленки широко применяются в качестве упрочняющих, светоотражающих, проводящих и диэлектрических покрытий. Чаще всего данные виды работ ведутся в НИИ для получения и исследования новых перспективных материалов как для микроэлектронной промышленности, так и для устройств наноэлектроники.
В последние годы, благодаря интенсивным экспериментальным и теоретическим исследованиям, в технологии тонких пленок достигнут значительный прогресс. В зависимости от решаемой задачи, в распоряжении исследователей имеются различные методики получения образцов, гарантирующие воспроизводимые и стабильные характеристики конечного продукта.
|
Таблица 1. Методы нанесения тонкопленочных покрытий |
||||
|
Наименование метода |
Условия реализации метода |
Основные виды покрытий |
Преимущества метода |
Недостатки метода |
|
Термовакуумное (резистивное) испарение |
Рабочая среда: вакуум 10-2…10-3 Па. Испарение металлов резистивным нагреванием |
Металлические покрытия: Al, Ag, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni, Co, Si |
Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий |
Недостаточно плотная структура покрытий. Невысокие механические свойства |
|
Электронно-лучевое испарение |
Рабочая среда: вакуум 10-4…10-3 Па реактив. газы N2, O2, CH4. Испарение металлов сфокусированным электронным пучком с дополнительной ионизацией |
Металлические покрытия: Al, Ag, Cu,Ti, Cr, Ni, Co, Si Керамические покрытия: TiN, ZrN, TiC, ZrC, TiCN, ZrCN, Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ZrO2/Y2O3 |
Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий (до 200 мкм). Высокая чистота покрытий (минимум примесей) |
Трудно обеспечить равномерность толщины и стехиометрии на изделиях сложной конфигурации. Низкая степень загрузки изделиями объема рабочей камеры |
|
Лазерное испарение (абляция) |
Рабочая среда: вакуум 10-5…10-3 Па. Испарение материалов различного состава лазерным импульсом длительностью от мкс до фс. |
Покрытия для микроэлектроники: Sb2S3, As2S3, SrTiO3, BaTiO3, GaAs Алмазоподобные покрытия (DLC) с высокими характеристиками |
Получение покрытий сложных соединений Высокая чистота покрытий (минимум примесей) |
Сложность реализации |
|
Вакуумно-дуговое испарение |
Рабочая среда: вакуум 10-3…10-2 Па. Реактив. газы N2, O2, CH4; Р = 0,01…1 Па, Т = 300…600°С. Испарение металлов в катодном пятне дугового разряда. Осаждение покрытий с высокой степенью ионного воздействия |
Металлические покрытия: Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co,Si, MCrAlY (M=Ni, Co) Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrCN, TiAlN, AlCrN, TiO2, ZrO2 Нанокомпозиты: TiAlN/Si3N4, AlCrN/Si3N4. Покрытия DLC |
Высокая скорость осаждения. Относительная простота технической реализации. Эффективная ионная очистка изделий перед нанесением покрытий. Высокие свойства керамических покрытий |
Наличие в структуре покрытий микрокапельной металлической фазы. Относительно высокие температуры осаждения покрытий |
|
Магнетронное распыление |
Рабочая среда: чистые газы Ar, N2, O2, CH4; Р = 0,05– 1 Па, Т = 60…6000°С Ионное распыление металлов в магнетронном разряде |
Полный спектр металлических покрытий: Al, Ag, Au,Cu, Zn, Sn, Cd Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co, Si, MCrAlY (M=Ni, Co) и др. Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrОN, TiAlN, AlCrN, TiBN CrAlTiYN, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2. Нанокомпозиты: 3D: TiAlN/Si3N4, TiN/BN, AlCrN/Si3N4, ZrN/Cu, ZrO2/Al2O3. 2D: TiN/NbN, TiN/CrN, TiN/AlN, CrN/AlN, TiN/CN. Покрытия DLC |
Плотная микро- (нано-) кристаллическая структура металлических и керамических покрытий при полном отсутствии капельной фазы Возможность нанесения покрытий на термочувствительные материалы при низких температурах Наиболее широкий спектр покрытий различного назначения; высокая скорость осаждения; высокие свойства металлических и керамических покрытий |
Относительная сложность технической реализации метода при получении реактивных (керамических) покрытий. Относительно высокая стоимость оборудования |
Методы получение тонких пленок
Методы получения пленок подразделяются на физические (PVD — Physical Vapor Deposition), химические и промежуточные газофазные химические методы (CVD — Chemical Vapor Deposition). Все методы нанесения пленок характеризуются такими параметрами как скорость получения покрытий и диапазон достигаемых толщин. Для РVD и CVD эти параметры, соответственно, обычно находятся в пределах 1…1000 мкм/ч и 0,01…10 (100) мкм. Для химических методов они составляют 100…1000 мкм/ч и 0,1…1000 мкм; для взрывных (детонационных) и плазменных методов — до 10…100 мм/ч и 0,1…10 мм, соответственно.
Процесс получения пленочных покрытий сопровождается рядом специфических явлений. Рост пленки происходит в два этапа: образование зародыша на поверхности подложки и рост зародыша. При взаимодействии двух атомов друг с другом между ними может возникнуть химическая связь. В результате атомы дольше остаются на поверхности и успевают присоединить следующий атом и т.д. Так образуются скопления адсорбированных атомов, более длительное время связанных с подложкой и имеющих тенденцию к дальнейшему росту, который происходит за счет присоединения мигрирующих по поверхности атомов, падающих атомов и более мелких кластеров. Таким образом, на поверхности формируется сеть объединенных кластеров, затем происходит их объединение, и образуется сплошная пленка. При этом в зависимости от скорости осаждения, природы подложки и типа осаждаемого материала возможны три типа роста пленки:
– островковый рост;
– послойный рост;
– послойно-островковый, или смешанный рост.
Тип роста определяется взаимодействием атомов пленки с атомами подложки и между собой. Островковый рост происходит, если осаждаемые атомы напыляемой пленки сильнее взаимодействуют между собой, чем с атомами подложки. Послойный рост происходит при образовании больших по площади двумерных зародышей на поверхности подложки вследствие того, что атомы напыляемого материала сильнее связываются с атомами подложки. Послойно-островковый рост имеет место, когда островки начинают расти после того, как сформируется пленка толщиной в несколько атомных монослоев.
Преимущества и недостатки методов
Магнетронное распыление
Работа магнетронного распылительного устройства основана на свойствах катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод (мишень) распыляется под действием ионной бомбардировки. Приложенное в области катода перпендикулярно электрическому магнитное поле позволяет снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспортировки распыляемого вещества к подложке. Это происходит благодаря уменьшению рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой возникает зона низкотемпературной плазмы. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.
При использовании разряда постоянного тока (DC-магнетрон) можно распылять различные металлы и их сплавы (ванадий, хром, никель, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и др.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон) соответствующие реактивные газы (кислород, азот и др.).
Так, если в содержащую титановую мишень систему во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана.
Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава.
Используемые газы:
– Ar для напыления Cu, Cr, Ni, V и т.д.;
– O2 для очистки подложек в ВЧ-плазме и напыления оксидов VxOx-y (CuxOx-y и т.д.) в совокупности с Ar;
– N2 для напыления нитридов различных материалов.
DC-магнетрон является современным вариантом устройства катодного распыления материалов в вакууме с использованием источника постоянного тока для нанесения проводящих покрытий на изделия. Принцип его действия основан на явлении физического распыления катода (материала мишени) ускоренными ионами рабочего газа, которые бомбардируют поверхность мишени под действием приложенного отрицательного потенциала.
Характерной особенностью магнетронов является использование специальной магнитной системы, которая создает над распыляемой мишенью замкнутое по контуру туннелеобразное магнитное поле. Благодаря этому полю создаются условия для получения локализованной плазмы высокой плотности и, соответственно, высокой плотности ионных токов, распыляемых мишенью. В результате достигается высокая производительность распыления материалов. Конструктивные принципы построения магнетронных устройств позволяют достаточно просто реализовать задачу нанесения однородных покрытий на широкоформатные поверхности.
Адгезия металлических слоев с подложкой у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных термовакуумным напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией конденсирующихся частиц при магнетронном распылении и дополнительной активацией поверхности действием плазмы.
В отличие от других способов нанесения тонкопленочных покрытий, способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит, его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью.
Метод магнетронного распыления позволяет получать тонкие пленки высокого качества с рекордными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.), а также проводить послойный синтез новых структур (структурный дизайн), создавая пленку буквально на уровне атомных плоскостей.
Термовакуумное испарение
Суть процесса термовакуумного испарения состоит в переводе осаждаемого материала с помощью нагрева в парогазовую фазу. Образующийся при этом парогазовый поток в высоком вакууме распространяется прямолинейно, т.к. отсутствует соударение с молекулами остаточного газа — длина свободного пробега молекул в остаточном газе на порядок превышает расстояние от источника до подложки; газ попадает на подложку, поверхность которой холоднее источника пара; при этом происходит конденсация и образование пленки.
В настоящее время Россия входит в этап активного освоения современных технологий производства микроэлектроники и нанотехнологий. Современное производство требует перестройки технологического процесса под реалии современности. Потенциальные возможности применения магнетронных распылительных систем в настоящее время еще далеко не полностью выяснены и реализованы, но уже сейчас применение магнетронных установок весьма широко распространено. Они заняли прочные позиции в технологиях изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В частности, эти системы применяются для формирования контактов на поверхности полупроводниковых и пассивных элементов схем: например, при изготовлении резистивных пленок гибридных микросхем, магнитных пленок, низкоомных контактов, создании новых многокомпонентных тонкопленочных материалов и т.д.