Спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук

Спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук, які складаються із рідкофазного компонента і компонента, що не має рідкої фази, таких як карбід кремнію, карбід бору, нітрид кремнію, що включає випаровування рідкофазного компонента у вакуумі при нагріванні його в замкнутому об’ємі синтезатора, який виготовлений із компонента, що не має рідкої фази, в якому має місце синтез напівпровідникової сполуки біля вну 3 - отруйні властивості сполук кремнію (силан, метилхлорсилан та ін.). Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук [деклараційний патент на винахід №39430 А, Україна, опубл. 15.06.2001, бюл. №5], в якому випаровуваний компонент і виріб, що покривається розміщують у вакуумній камері, нагрівають в умовах вакууму, причому випаровуваний компонент напівпровідникової сполуки, який має рідку фазу нагрівають у присутності компонента напівпровідникової сполуки, яка має тверду фазу, при тиску 10-4-10-6мм рт.ст. до температури синтезу сполуки, регулюють розбризкування випаровуваного компонента, який має рідку фазу, плавним підвищенням тиску, і, крім того, зміною температури і (або тиску) підтримують градієнт температур по висоті вакуумної камери, визначений умовою: ТС>ТК>ТВ, де ТС - температура синтезу сполуки, ТК - температура осадження сполуки на виробі, ТВ - температура випаровування рідкофазного компонента (Фіг.2) При цьому для рівномірного осадження плівки із сполуки, синтезатор з тиглем обертають навколо осі. Крім того, переміщують прямолінійнореверсивно синтезатор з тиглем по висоті. Істотним недоліком всіх способів є те, що при значній пористості виробів, наприклад із графіту, або подібних матеріалів щільність покриття недостатня, оскільки для виключення попадання домішок в об'єм виробу або виходу домішок із об'єму виробу при його нагріванні може бути значним. Причиною, що перешкоджає досягненню бажаного технічного результату, тобто відсутністю пор в покритті, є те, що сформовані вище умови ТС>ТК>ТВ недостатні для одержання покриття зі 100% щільністю. Технічне завдання - підвищити ефективність процесу, якість покриттів і строк їх служби, а також отримати покриття у вигляді плівки зі 100% щільністю. Поставлене технічне завдання вирішується способом нанесення покриттів із напівпровідникових сполук, які складаються із рідкофазного компонента і компонента, що не має рідкої фази, таких як карбід кремнію, карбід бору, нітрид кремнію і, шляхом випаровування рідкофазного компонента у вакуумі при нагріванні його в замкнутому об'ємі синтезатора, який виготовлений із компонента, що не має рідкої фази, в якому має місце синтез напівпровідникової сполуки біля внутрішньої поверхні синтезатора, за рахунок наявності градієнта температур напівпровідникова сполука у вигляді пари рухається в напрямку до зовнішньої поверхні виробу, на який наносять покриття, синтезатор встановлено в нагрівач вакуумної печі коаксіальне виробові, що нагрівається, а виріб в процесі нанесення покриттів обертається навколо осі для підвищення однорідності покриття по товщині, при цьому температура випаровування ТВ, температу 16279 4 ра синтезу ТС і температура покриття ТП визначаються умовою ТС>ТП>ТВ, причому, під час нанесення покриття відстань між внутрішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею виробу, на яке наноситься покриття не повинна перевищувати 2-3мм для виробів різного діаметру (Фіг.2). Експерименти по нанесенню покриття із напівпровідникових сполук з різною щільністю показують, що на якість покриття впливають не тільки і не стільки градієнт температур між синтезатором і виробом, і не тільки тиск в камері, в якій наносять покриття, а в першу чергу якість покриття залежить від відстані між внутрішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею виробу. Змінюючи відстань, було встановлено, що покриття зі 100% щільністю можна одержати при відстані не більше 2-3мм для виробів з різним діаметром. Приклад конкретної реалізації способу. Приклад 1. Спосіб реалізовано на вакуумній печі «Редмет-30», у якій відбувалося нанесення покриття на вироби циліндричної форми різних діаметрів. Для створення вакууму 10-4-10-6мм рт.ст. в установку в установку додатково вмонтований дифнасос. Для одержання температури 2000-2300°С навколо нагрівача розміщений додатковий тепловий екран. Розміри нагрівача: внутрішній діаметр 260мм, висота 600мм. Всередині нагрівача, встановленого коаксіально синтезатору (зовнішній діаметр 240мм, внутрішній 220мм) і виробу (зовнішній діаметр якого змінювався від 218 до 180мм), тобто для виробів з різними діаметрами відстань між внутрішньою поверхнею синтезатора і внутрішньою поверхнею виробу була різною: від 1мм до 20мм. Синтезатор і вироби у вигляді труби виготовляються з графіту марки МГ-ОСЧ. Товщина стінок труби складе 10мм. Всередині синтезатора розміщений випарник рідкофазного компонента, виконаний у вигляді тигля з щільного (щільність 1,8) графіту діаметром 240мм висотою 110мм і глибиною 50мм, у який завантажений елемент, що має рідку фазу, наприклад, кремній. Товщина стінок тигля складає 20мм. Виріб у вигляді труби із графіту кріплять на тримачі, розташованому над тиглем всередині синтезатора. На трубу на зовнішню поверхню і наноситься покриття у вигляді плівки синтезованого в процесі нанесення кристалічного карбіду кремнію. Приклад конкретного здійснення способу додатково ілюструється фігурою графічного зображення, де на Фіг.1 схематично показане нестандартне обладнання вакуумної камери печі «Редмет-30» для реалізації винаходу. На Фіг.1 показано: 1 - зовнішні охолоджувані стінки камери печі, 2 - нагрівач, 3 - синтезатор, виготовлений із твердофазного компонента, 4 виріб у вигляді труби різного діаметру, що покривається, 5 - тигель із рідкофазним компонентом, 6 - рідкофазний компонент, 7 - покриття із напівпровідникової сполуки, 8 - тримач труби, що складається із осі - 81 і фланців 82 і 83, 9 - шток, на якому встановлюють синтезатор і який може обертатись навколо осі і крутитися в реверсному 5 16279 режимі вгору чи вниз, 10, 11, 12 - екрани, бічний, стельований і фонний, 13 - верхній шток, S відстань між внутрішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею виробу, на який наноситься покриття. Після завантаження кремнію в тигель його закривають синтезатором, всередині якого вмонтований виріб (в нашому випадку труби з графіту). Навколо нагрівача та зверху встановлюють теплові екрани для того, щоб забезпечити рівномірне покриття на всій зовнішній поверхні труби із графіту. Потім вакуумна камера закривається, її відкачують до вакууму 10-4-10-6мм рт.ст. і включають нагрівач 2. Спочатку піч нагрівають до температури 1300°С, тобто до такої, при якій ще не розплавляється (Tm 1410°С) кремній. При Т=1300°С піч витримують 2-3 години для відкачки летючих домішок, які є завжди в графіті. Після такого відпалу температуру печі підвищують до 2000-2300°С, яка вимірюється на зовнішніх стінках синтезатора за допомогою оптичного пірометра. Температура тигля з кремнієм не повинна перевищувати 1800°С - температуру бурхливого кипіння розплаву кремнію. Міняючи діаметр труби після проведення двохгодинного процесу вимірювалась щільність покриття. В таблиці 1 приведені параметри покриття при різній відстані між внутрішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею виробу у вигляді труби із графіту. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 Приклад S, №№ мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 2 2 2,5 2,5 3 5 6 7 10 Т°С 2000 2200 2300 2000 2300 2100 2100 2100 2100 2100 Товщина Час, покриття, роки мкм 2 200 2 220 2 230 2 190 2 220 2 210 2 200 2 190 2 180 2 150 Щільність, % 100% 100% 100% 100% 100% 98% 90% 85% 80% 80% Отже, щільність покриття близька до 100% при відстані між внутрішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею синтезатора і зовнішньою поверхнею виробу - труби з графіту - не більше 23мм. При такій відстані досить висока швидкість нанесення покриття. Висока щільність значно збільшує (в 10-20 разів) термін служби покриття. Крім того, використання винаходу дозволяє такі переваги: - здешевлення виробництва у зв'язку з використанням в якості сировини окремих компонентів, а не самих напівпровідникових сполук; - зменшення витрат електроенергії і води за рахунок прискорення процесу. Технічний результат - створено спосіб нанесення покриття із напівпровідникових сполук, підвищено ефективність процесу, якість покриттів і строк їх служби, а також отримано покриття у вигляді плівки зі 100% щільністю. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601