Спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук

1. Спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук шляхом розміщення випаровуваного компонента і виробу, що покривається, у вакуумній камері, їх нагрівання в умовах вакуум у і наступного підвищення тиску, який відрізняється тим, що випаровуваний компонент напівпровідникової сполуки, який має рідку фазу, нагрівають в присутності компонента напівпровідникової сполуки, який має тверду фазу, при тискові 10-4...10-6 мм A (54) СПОСІБ НАНЕСЕННЯ ПОКРИТТІВ ІЗ НАПІВПРОВІД НИКОВИХ СПОЛУК 39430 підвищена вибухонебезпечність системи, оскільки в ній присутні водень і тіло, нагріте до температури вище 1000°С; отруйні властивості сполук кремнію (силан, метилтрихлорсилан та ін.). Задача, поставлена при створенні винаходу, у способі нанесення покриттів із напівпровідникових сполук шля хом кількісних і якісних змін його параметрів значно підвищити продуктивність процесу нанесення покриттів і поліпшити якість покриття, що наноситься. Зазначена задача вирішується тим, що в способі нанесення покриттів із напівпровідникових сполук шляхом розміщення випаровуваного компонента і виробу, що покривається, у вакуумній камері, їх нагрівання в умовах вакууму і наступного підвищення тиску, згідно з винаходом, випаровуваний компонент напівпровідникової сполуки, який має рідку фазу, нагрівають у присутності компонента напівпровідникової сполуки, який має тверду фазу, при тискові 10-4...10-6 мм Hg до температури синтезу рідкофазного і твердофазного компонентів, 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, визначуваний умовою: Тс>Тк>Тв, де: Тс - температура синтезу рідкофазного і твердофазного компонентів; Тк - температура осадження напівпровідникової сполуки на виробі; Тв температура випаровування рідкофазного компонента. При цьому випаровуваний компонент напівпровідникової сполуки, що має рідку фазу, і компонент напівпровідникової сполуки, що має тверду фазу, у процесі нанесення покриття обертають. Крім того, випаровуваний компонент напівпровідникової сполуки, що має рідку фазу, і компонент напівпровідникової сполуки, що має тверду фазу, у процесі нанесення покриття прямолінійнореверсивно переміщують. Спосіб нанесення покриттів із напівпровідникових сполук включає розміщення тигля з випаровуваним компонентом і виробом, що підлягає покриттю, у вакуумній камері, нагрівання в умовах вакуум у і наступного підвищення тиску. Тигель із випаровуваним компонентом напівпровідникової сполуки, що має рідку фазу, встановлюють, наприклад, усередині синтезатора у вигляді квазізамкнутого кожуха з компонента напівпровідникової сполуки, що має тверду фазу, синтезатор нагрівають при тискові 10-4...10-6 мм Hg до температури синтезу рідкофазного і твердофазного компонентів, далі розбризкування випаровуваного компонента регулюють плавним підвищенням тиску і, крім того, зміною температури і/або тиску підтримують градієнт температур по висоті вакуумної камери, визначуваний умовою: Тс>Тк>Тв, де: Тс - температура синтез рідкофазного і твердофазного компонентів; Тк - температура осадження напівпровідникової сполуки на виробі; Тв температура випаровування рідкофазного компонента. При цьому тигель із випаровуваним компонентом напівпровідникової сполуки, що має рідку фазу, і синтезатор у вигляді квазізамкнутого кожуха з компонента напівпровідникової сполуки, що має тверду фазу, у процесі нанесення покриття обертають та прямолінійно-реверсивно переміщують. Приклади конкретної реалізації способу Приклад 1. Спосіб реалізовано на установці "Редмет-10М", у якій відбувалося нанесення покриття на вироби різноманітної форми та розмірів. Для створення вакууму 10-4...10-6 мм Hg в установку додатково вмонтовано дифузійний насос. Для збільшення потужності печі та одержання температури 2000...2300°С навколо вакуумної камери розміщено тепловий екран. Розміри нагрівача: внутрішній діаметр до 230 мм, висота до 350 мм. Усередині нагрівача, встановленого коаксіально виробові, що покривається, вмонтований синтезатор-випаровувач у вигляді квазізамкнутого кожуха з можливістю обертання і прямолінійно-реверсивного переміщення. Розміри синтезатора, виготовленого з графіту марки МГ ОСЧ: зовнішній діаметр 210 мм, висота 300 мм, товщина стінок 10 мм. Усередині синтезатора розміщений випарник рідкофазного компонента, виконаний у вигляді тигля з графіту марки МПГ-7 діаметром 210 мм, висотою 110 мм і глибиною 100 мм, у який завантажується рідкофазний компонент, наприклад, кремній. Зміною тиску та/або температури в вакуумній камері підтримується градієнт температур по висоті зазначеної вакуумної камери: Тс=2000...2200°С, Тк=1800...2000°С, Тв=1700...1800°C. Вироби кріплять на тримачі, розташованому над тиглем усередині синтезатора. Зазначені вироби підлягають покриттю шаром синтезованого в процесі нанесення покриття кристалічного карбіду кремнію. Приклад конкретного здійснення способу додатково ілюструється фігурами креслень, де на фіг. 1 показане нестандартне обладнання вакуумної камери на установці "Редмет-10М" для реалізації винаходу, на фіг. 2 - схематичне зображення теплового поля в камері під час нанесення покриття. На кресленні позначені цифрами: 1 – камера, 2 – нагрівач, розташований коаксіально виробові, 3 – синтезатор, виготовлений із твердофазного компонента, 4 - виріб, що покривається, в даному випадку у вигляді пустотілого циліндра, 5 - тигель із рідкофазним компонентом, 6 - рідкофазний компонент, 7 - покриття з напівпровідникової сполуки, 8 тримач виробу, що включає вісь - 81 і фланці 82 і 83, форма і розміри якого визначаються формою і розмірами виробу, 9 - шток, 10, 11 і 12 - екрани бічний, стельовий і донний, 13 - верхній шток. Для зменшення впливу неоднорідності теплового поля, що завжди присутнє через неоднорідність товщини нагрівача, екранів тощо, є можливість обертання навколо центральних осей як тигля, так і синтезатора. Показане на кресленні теплове поле може бути отримане як за допомогою одного нагрівача 2, так і з застосуванням декількох нагрівачів і екранів 10, 11, 12. Після завантаження тигля 5 рідкофазним компонентом 6 і встановлення виробу 4, що покривається, на тримачі 8, пов'язаному зі штоком, тиск у вакуумній камері 1 зменшують до значень 10-4...10-6 мм Hg і включають нагрівачі 2. Під час роботи устаткування температуру в камері 1 підтримують такою, що дорівнює температурі випаровування напівпровідникової сполуки. Спочатку пари рідкофазного компонент 2 39430 та 6 осаджуються на усіх поверхнях усередині синтезатора 3. Через відповідне розташування нагрівачів 2 температура виробу 4 є нижчою, ніж температура синтезатора 3. На більш нагрітій внутрішній поверхні синтезатора 3 пари рідкофазного компонента 6 при осадженні вступають у реакцію з матеріалом синтезатора 3 (тобто з компонентом, що не має рідкої фази). Таким чином, відбувається синтез напівпровідникової сполуки. Завдяки тому, що температура синтезатора 3 дорівнює температурі випаровування напівпровідникової сполуки, синтезована сполука відразу ж випаровується, а її пари осідають на більш холодній поверхні виробу 4. Оскільки відбувається постійне підживлення сполуки парами рідкофазного компонента 6 із тигля 5, процес утворення зазначеної напівпровідникової сполуки, її випаровування з поверхні синтезатора 3 і осадження на поверхню виробу 4 іде безупинно, і швидкість росту покриття 7 досягає 220 мкм/год. Обертання і прямолінійно-реверсивне переміщення синтезатора 3 створює спіралеподібні переміщення як парів рідкофазного компонента 6, так і парів напівпровідникової сполуки, що забезпечує рівномірність нанесення покриття 7. При цьому 81 - вісь, що утримує виріб, та кришки на фланцях 82 і 83 перешкоджають проникненню парів кремнію та карбіду кремнію у внутрішню частину виробу 4. Зазначений і подальші конкретні приклади здійснення способу наведені в таблиці. Як випливає з даних таблиці, спосіб дозволяє одержати рівномірне покриття товщиною 100...220 мкм. Неоднорідність складає ±30 мкм. Використання високих температур (більш як 2000°С) дозволило одержати покриття більш стійкої b S і С-модифікації. Отже, продуктивність процесу становить 100...220 мкм/год, тобто продуктивність процесу зростає в 10-22 рази за рахунок підвищеної швидкості осадження парів. Має місце також збільшення терміну служби покриття в 8-20 разів за рахунок одержання більш стійкої і щільної модифікації кристалів, а також рівномірності та однорідності покриття. Крім того, використання винаходу дозволяє реалізувати такі додаткові переваги: здешевлення виробництва у зв'язку з використанням як сировини складових (компонентів), а не самих напівпровідникових сполук, зменшення витрат електроенергії і води за рахунок прискорення процесу, а також за рахунок збільшення потужності печі, поліпшення умов праці працюючих, за рахунок виключення використання шкідливих для організму людини сполук, наприклад, метилтрихлорсилану, а також вибухонебезпечних речовин, наприклад, водню, поліпшення характеристик, що впливають на екологію, за рахунок виключення виділень із печі продуктів згоряння отруйних речовин типу піриту. Таблиця Параметри покриттів із карбіду кремнію, одержаних в різних умовах № прикладу 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Тc, °С Тк, °С Тв, °С Час, год Тиск, мм Hg 2400 2400 2000 2300 2400 2000 2200 2400 2000 2000 2300 1600 2000 2300 1600 2000 2300 1600 1750 1700 1720 1750 1750 1700 1780 1800 1700 2 2 2 2 2 2 2 2 2 10-6 10-6 10-6 10-5 10-5 10-5 10-4 10-4 10-4 3 Товщина кристалічного покриття, мкм 200 220 150 100 130 160 150 180 100 39430 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4