Какой форвакуумный насос купить, где его приобрести и сколько он стоит

Форвакуумные насосы – оборудование, позволяющее создавать разряженную атмосферу. Его не считают основным устройством, поскольку применяют в дополнение к основному вакуумному насосу. Такие аппараты применяются в различных сферах деятельности, поскольку они обладают высокой эффективностью и выносливостью.

Какой форвакуумный насос купить

В основу форвакуумного насоса входит вращающийся ротор и несколько других элементов:

  • Сепаратор.
  • Фильтр.
  • Клапан.
  • Корпус.

Несмотря на конструктивную простоту, все детали устройства взаимосвязаны. Благодаря фильтрам инородные частицы не попадают внутрь устройства, масло не вливается в рабочую камеру, из-за клапанов, а охлаждение выполняется, путём роторного вращения.

Как выглядит форвакуумный насос и его комплектующие

Вы можете купить в Москве и других регионах России такие форвакуумные насосы:

  • Busch.
  • Becker.
  • Kashiyama.
  • Edwards.
  • Oerlikon Leybold Vacuum.
  • Pfeiffer Vacuum.
  • PVR (Agilent).
  • DVP.

Вакуумное оборудование этих производителей пользуется популярностью, на протяжении 10 лет и более, в зависимости от компании. Каждое их устройство изобретено при использовании самых «свежих» технологий, в области инженерии, физики и химии. Оборудование отличается компактностью, современным дизайном, долговечностью, хорошими техническими характеристиками и продолжительностью эксплуатации.

Как продлить жизнь форвакуумному насосу: полезные советы

  • Перед включением устройства следует проверить, всё ли подключено правильно.
  • Устанавливать конструкцию горизонтально.
  • Регулярно выполнять замену масла. Первичную замену через 150 рабочих дней, а далее через 500. Прежде чем выполнять процедуру, требуется тщательно промыть устройство и заливать туда масло, разработанное специально для вакуумных насосов этого бренда.
  • Не воздействовать на корпус форвакуумного устройства физическим или химическим способом.
  • Подключать, согласно прилагаемой инструкции.
  • Менять фильтра при замене масла и добавлять его только до указанной отметки.
  • При перегревании устройства категорически запрещается подливать в него масло.

При работе, температура самого насоса может колебаться, даже достигая до отметки 60-70 градусов. Не рекомендуется трогать устройство во время работы, в целях собственной безопасности!

Цена на форвакуумные насосы

Любого человека, нуждающегося в устройстве, в первую очередь интересует его стоимость. Цена оборудования зависит от многих факторов, поскольку каждая модель форвакуумных насосов имеет свои особенности.

От чего формируется стоимость форвакуумного насоса:

  • Вид устройства: спиральный, пластинчато-роторный, винтовой, водный и пр.
  • Тип конструкции: масляный, безмасляный.
  • Брэнд и модель форвакуумного насоса.
  • Технические особенности конструкции.

Хорошо зарекомендовавший себя форвакуумный насос

Исходя из данных факторов, формируется себестоимость устройства. Кроме этого, на цену форвакуумного насоса влияет территориальная ценность магазина и его размер, например:

  • В крупных магазинах конструкции будут дороже, чем в мелких.
  • Купить в центре Москвы форвакуумный насос труднее, чем на окраинах, поскольку центральная часть города – дорогая.
  • Также учитывается репутация магазина.

Приобретая устройства, следует узнать, даёт ли магазин гарантийный талон на обслуживание форвакуумного насоса. Если да, то этому заведению можно доверять, а если нет, значит, магазин распространяет подделки, за которые не хочет нести ответственность. Вы можете в любой момент попросить у продавца документы на предоставляемый товар! Продавец и администрация сайта не могут отказать потребителю.

Не рекомендуется покупать форвакуумные насосы в интернет-магазинах, не предоставляющих обмен товара, в течение 14 дней. Это свидетельствует о ненадёжности компании. Также рекомендуется избегать сайтов-мошенников, предоставляющих товар по низкой цене, но требующих оплату вперёд.

Разновидности и принцип работы форвакуумных насосов

Форвакуумные насосы нашли применение во многих отраслях, начиная от медицины и, заканчивая промышленностью. Они необходимы, чтобы нагнетать вакуум в систему, и создавать подходящие условия для работы СО-лазеров, термического оборудования, лабораторных вакуумных конструкций. Форвакуумные насосы способны достигать показателей вакуума от 1 до 0,0001 мм. рт. ст. Их широко применяют для усовершенствования работы высоковакуумных насосов и финансовой экономии.

Виды форвакуумных насосов

Несмотря на то, что форвакуумные насосы применяются в различных сферах деятельности, прежде всего, они нужны в промышленности.

Существуют такие виды форвакуумных насосов:

  • Спиральные.
  • Водокольцевые.
  • Винтовые.
  • Роторно-пластинчатые.
  • Плунжерные (золотниковые).
  • Роторно-поршневые.

Эти форвакуумные системы разделяют на масляные, безмасляные. Ранее использовали исключительно первый тип устройств, но сейчас они теряют популярность, поскольку требуют регулярной заправки, а цена на качественное масло – высокая.

Конструкция форвакуумного насоса

 

Кроме того, масло для форвакуумных насосов должно соответствовать определённым нормам:

  • Не окислять детали.
  • Хорошо смазывать элементы устройства.
  • Сделать вакуумную установку износоустойчивой.
  • Предупредить старение деталей.
  • Поддерживать пониженное давление при высоких температурах.

Приобретая форвакуумный насос, требуется обращать внимание на стоимость не только самого устройства, но и цену масел. Большинство известных смазок подходят исключительно под конкретный брэнд вакуумных систем, поэтому обслуживание устройства может оказаться дорогостоящим.

Безмасляный форвакуумный насос

Форвакуумный насос, не нуждающийся в смазке — инновационное устройство, не требующее дополнительных вложений, из-за чего стало популярным. Кроме этого, форвакуумный безмасляный насос имеет такие преимущества:

  • Охлаждает потоком воздуха.
  • Не выбрасывает в воздух продукты, образовывающиеся в результате сгорания масла.
  • Внутри не создаётся трение, поэтому форвакуумный насос служит дольше.

Сегодня такие конструкции установлены на производствах, в лабораториях, шлюзовых камерах и пр. Они показывают высокую эффективность в любой сфере деятельности и служат более 10 лет, однако их следует выключать, как можно чаще, поскольку охлаждение циркулирующим воздухом не может сравниться с масляным.

Принцип действия форвакуумного насоса

Принцип работы вакуумных насосов заключается в создании оптимальных рабочих условий для высоковакуумного/средневакуумного насоса и поддержания давления внутри них.

Механизм работы форвакуумного насоса наглядно

Работа форвакуумного насоса отличается, в зависимости от вида установки:

  • Водокольцевая. Внутри водокольцевого насоса расположено колесо, вращающееся во время работы. Пространство вокруг него на 50% заполнено жидкостью. При вращении колеса вода перераспределяется, создавая разреженное пространство (формирующееся в виде серпа), что позволяет устранить газы, сжимая их и выводя в предназначенное для этого окно.
  • Роторно-пластинчатый. Насос получил название, благодаря ротору, расположенному внутри установки и смещённому от центра. Вращаясь, ротор подаёт газовоздушную смесь в рабочую камеру системы, а затем пластины формируют серповидное рабочее пространство, сжатие газа и его выведение, сквозь выпускное отверстие.
  • Роторно-поршневой. Разделяется на аксиальные и радиальные. В первом случае, установка выполнена в форме барабана, а во втором – звезды. Поршневая система аксиальных устройств размещена параллельно оси вращения ротора. В процессе работы вращающийся ротор создаёт полости, сжимающие и выводящие газообразные смеси.
  • Внутри корпуса цилиндрической формы вращается эксцентрик с надетым плунжером. Плунжер скользит по стенкам цилиндрической камеры, перемещая, сжимая и выталкивая газы сквозь выходное отверстие, локализованное под маслом.
  • Винтовой. Создание разряженного пространства выполняется, благодаря ротору, похожему на винт. Благодаря выступам винта, по осевой границе ротора формируются канавки, замыкающие пространство. Из-за этого газы способны перемещаться только в 1 направлении. Винтовые форвакуумные установки могут быть различной мощности. Чем больше конструкция, тем больше будет установлено внутри него винтовых роторов.
  • Спиральный. Конструкция состоит из 2 спиралей: подвижной и неподвижной. Двигающаяся спираль создаёт витковые серпообразные пространства, направляющие воздух и газы в центр конструкции и выводит их.

Каждый форвакуумный насос имеет свои особенности, но главное, что он долго служит и качественно выполняет поставленные задачи. Прежде чем приобретать такое устройство, оцените объём работ, ведь правильно подобранное оборудование гарантирует годы безупречной работы.

Системы молекулярно-пучковой эпитаксии в России

В середине 80-х годов, в России началось производство установок, предназначаемых для наращивания эпитаксиальных слоёв на поверхности кристалла в условиях сверхвакуума и под воздействием экстремально высоких температур. К концу 90-х годов, Россияне прекратили разрабатывать устройства МПЭ, поскольку их эффективность (качество) заметно отставало, сравнительно с Европейским или Американским производством.

В начале 21 века, учёные Санкт-Петербурга ЗАО «Научное и технологическое оборудование» снова решили разрабатывать установки для наращивания молекулярных пучков, но на этот раз они добились увеличения температуры подложки, усиления откачной системы. Тогда появились такие эпитаксиальные системы:

  • STE3N2 и STE3N3, предназначенные для выращивания соединений широкозонного типа из нитридных компонентов 3 группы.
  • STE3532, STE3526, А2В6, А3В5, изготовленные для эпитаксиального наращивания классических материалов.

Конструкция установок для эпитаксиального наращивания молекулярных пучков

Каждая установка наращивания молекулярных пучков имеет различную мощность, особенности, параметры:

  • STE3N3. Система разработана с учётом особенностей эпитаксиального роста материалов и имеет 3 рабочих камеры, обеспечивающих широкий диапазон параметров для наращивания. В этой установке удобно работать с нитридными компонентами и осуществлять пилотное производство, опытно-конструкторскую деятельность, проводить прикладные и фундаментальные научные исследования.
  • STE3N2. Данное устройство работает аналогично описанному выше. Применяя его, также можно проводить исследования, пилотное производство, осуществлять опытно-конструкторскую деятельность. Однако этот тип систем имеет небольшие габариты, сравнительно с STE3N3. У конструкции имеется 2 рабочих реактора и отсутствует камера подготовки. Ростовой реактор стыкуется напрямую к шлюзной барокамере.
  • STE3532. Ростовая система этого типа, является инновационной технологией, предназначенной для наращивания молекулярных пучков, подобных А2В6 и А3В5, а также полупроводников. На устройстве можно проводить описанные выше процедуры, а также выполнять экспериментальное мелкосерийное производство эпитаксиальных кристаллов.
  • STE3526. Конструкция устройства и характеристики, позволяют обрабатывать наногетероструктуры гибридного характера. Устройство имеет 2 камеры и подлежит для проведения описанных выше работ. В системе можно проводить эпитаксиальное наращивание подложки, ранее помещённой в камеру (А3В5) и имеющей предварительно выращенные буферные слои.

Наиболее распространена в промышленности конструкция STE3N2. Её преимуществами, является наличие транспортной системы. Она оснащена держателем, на который помещается исходный кристалл. В процессе работы, подложка перемещается из камеры в камеру без разгерметизации устройства, что важно при создании качественных молекулярных пучков. Ещё эта конструкция востребована, благодаря удобству в применении и малой плотности ростовых дефектов.

Наращивание эпитаксиальных молекулярных пучков

На первый взгляд эпитаксиальное наращивание молекулярных пучков не представляет сложности, поскольку в основу метода входит испарение и осаждение вещества на готовую подложку. Однако данная процедура требует определённые технические требования к эпитаксиальной системе:

  • Установочный реактор должен поддерживать предельно высокий вакуум. Достигающий показателей – 10-8Па.
  • Молекулярный источник должен испаряться и превращаться в тугоплавкий металл. Тогда, благодаря панели управления, специалист может регулировать плотность его потока.
  • Испаряющиеся вещества должны быть идеально чистыми (99,99999%)

При таких условиях эпитаксиальное наращивание молекулярных пучков выполняется, относительно быстро, примерно 1000 нм./час.

Как выглядит ростовая камера эпитаксиальной системы и как происходит наращивание молекулярных пучков

Обычно, процесс наращивания эпитаксиальной плевы в производственных масштабах выполняется, благодаря встроенному автоуправлению, что упрощает процесс работы и снижает количество эпитаксиальных дефектов. Устройство МПЭ работает, как единый механизм. Он состоит из: 2-3 рабочих реакторов, ионного, турбомолекулярного насоса, форвакуумной установки, шлюзовой камеры, транспортной системы, тигля для разогрева подложки и подготовительной камеры, обезгаживающей исходный кристалл перед обработкой.

Специалисты вручную контролируют такие технологические особенности эпитаксиального наращивания:

  • Поддерживают температуру исходного кристалла и источника, вплоть до ±0,5°С.
  • Количество подаваемого аммиака (±2%).
  • Проводят манипуляции с заслонками источников для регуляции формы наращивания эпитаксиальных слоёв.

Лишь в редких случаях специалистам, работающим на системе STE3N2, приходится подвергать процесс эпитаксии ручным методом. Тогда рабочие не только контролируют процедуру при помощи персонального компьютера, но и проводят регуляцию всех систем, чтобы поддерживать оптимальный уровень вакуумизации, температуры и своевременно перемещать обрабатываемый кристалл в другую камеру. Сегодня приобрести устройство STE3N2 в России довольно просто, поскольку данное оборудование является самым популярным и уже применяется на многих промышленных предприятиях.

Эпитаксия из газовой фазы для наращивания кремниевой подложки

Кремний – компонент, чаще всего подвергающийся эпитаксиальной обработке в газофа́зной форме. Наращивание вещества выполняется внутри специального реактора, размещённого в устройстве, создающем сверхвысокий вакуум. Как правило, барокамера для обработки кремния изготовлена из стеклообразного кварца. Сам кристалл располагается внутри устройства на подложкодержателе, являющемся частью транспортной системы и передвигающим объект из камеры в камеру.

Для обработки наружной части кремния во время газофазной эпитаксии, дополнительно используют водород и реактивы, такие как:

  • Силан.
  • Кремниевый тетрахлорид.
  • Трихлорсилан.

В процессе возникновения химических реакций между водородом и реактивами, газ ложиться наверх подложки, а затем поверх него оседают кремниевые атомы. Скорость роста эпитаксиальной плевы зависит от парциального давления силана и тепла.

Основные технологические методики, применяемые во время эпитаксиального наращивания на кремнии

Особенностью процесса является то, что для получения максимально качественного ростового слоя, требуется разогреть подложку до экстремально высоких температур 900 ºС – 1250 ºС, чтобы кремниевые атомы свободно перемещались и образовывали ковалентные связи с исходным кристаллом. При этом атомы должны успеть проложить монокристаллическую решётку ещё до того, как их накроют следующие атомы. В среднем, эпитаксиальный слой из газовой фазы в минуту нарастает толщиной до 2-3 мкм.

Газофазная эпитаксия на кремниевой подложке может быть 2 типов:

  • Низкотемпературная.
  • Высокотемпературная.

Первый метод эпитаксиального наращивания высокоэффективен, но тогда слой становится сверхчувствительным по отношению к реактивам, подложке, да и системе в целом, что затрудняет применение этого способа для наращивания кремниевой плевы. Второй метод, является наиболее распространённым. Благодаря высоким температурам, снижается количество дефектов и облегчается эпитаксия из газовой фазы, но если требуется снизить рабочую температуру, следует прибегать к частичной или полной замене водорода гелием, а ещё лучше провести предварительную обработку исходного кристалла.

Применяя данные рекомендации, можно создать совершенный эпитаксиальный слой, снижая температуру до необходимых границ:

  • Бомбардировать кристалл ионами аргона.
  • Применять ионизированные плазменные пучки весь период обработки.
  • Вводить GeH4 накануне термической обработки (до проведения эпитаксиального наращивания).

Каждый из этих способов целенаправлен на очистку подложки от оксида и углерода, образовавшихся на поверхности кремниевого кристалла. Такая подготовка способствует наращиванию качественного слоя, но если оборудование негерметично, на наружных кремниевых границах сформируется оксидный слой, которого в идеале не должно быть.

Проблемы формирования толстых эпитаксиальных кремниевых подложек

Толстыми эпитаксиальными слоями называют плёнки, имеющие толщину более 100 мкм. Их изготавливают, чтобы усовершенствовать диэлектрические или проводниковые способности подложки, встраиваемые в аппаратуру высокой мощности, например транзисторы. При создании толстых кремниевых плёнок, подложки могут выдерживать напряжение до 1000 В, но при условии, что легирование было подавлено.

Применяя методику наращивания тонкого эпитаксиального слоя на кремнии, толщиной до 10 мкм., скоростью до 1,5 мкм/мин, выполнить наращивание толстого слоя невозможно, поскольку возникает масса неоднородностей и дефектов. Чем больше наращиваемый слой, тем больше проявляется дефектов («Эффект короны»), поскольку исходный объект подвергается интенсивному механическому перенапряжению. Чтобы устранить этот фактор в парогазовой фазе, следует повысить скорость эпитаксии до 3мкм/мин, но важно обращать внимание на гетерогенные реакции кремния. Если они будут превышать скорость крепления атомов, это может привести к дефективности кристалла.

При наличии исходного объекта (при эпитаксиальном наращивании на кремнии):

  • Разориентированного от точной кристаллографической ориентации (111) на 0,5 градусов.
  • При температуре 1470 К.

Максимальная ростовая скорость в минуту 1,5 мкм. Следовательно, нарощенные плёнки 3 мкм/мин. станут непригодными для дальнейшей эксплуатации. В такой ситуации, следует уделить должное внимание подготовке поверхности исходного объекта к процессу эпитаксиального наращивания и начальным ростовым этапам. Рекомендуется начинать процедуру со скоростью 1 мкм/мин., а переходя ко 2-му периоду повышать её до 2,5 мкм/мин. В итоге получаем минимальное количество механических напряжений, равномерность эпитаксиального слоя и пригодность исходного объекта к дальнейшему использованию. Однако важно сохранять скорость охлаждения. Она не должна превышать 40 град/мин.

Молекулярно наращиваемый толстый слой при газофазной обработке

По описанному выше принципу можно изготовить подложку для транзистора, имеющую определённое значение сопротивления, путём изготовления эпитаксиальной плевы н-типа проводимости и обладающую удельным сопротивлением 45-50 ОмЧсм. Такое устройство способно выдержать напряжение до 1000 В.

Что это такое молекулярно-лучевое эпитаксиальное наращивание, его особенности

Молекулярно-лучевая эпитаксия, является разновидностью наращивания эпитаксиальных плёнок, представляющих собой чистый слой, практически полностью повторяющий форму подложки и её структуру. Эпитаксия широко распространена в промышленной сфере. Таким методом изготавливают диэлектрические, полупроводниковые провода и другие, используемые людьми предметы. После эпитаксиальной обработки, они становятся прочнее, устойчивее к повреждениям и получают особые свойства.

Что такое МЛЭ

Молекулярно-лучевой эпитаксией (МЛЭ), называют способ выращивания эпитаксиальной плевы на поверхности монокристаллической подложки. Она выполняется путём конденсации атомных, а иногда и молекулярных пучков, подающихся в камеру (содержащую в себе подложку) сквозь небольшое выходное отверстие сверхвакуумного устройства. В процессе МЛЭ участвует точечный испаритель, создающий давление из раскалённого пара.

Характеристика молекулярно-лучевой эпитаксии

Молекулярно-лучевая установка состоит из таких элементов:

  • Аппаратуры для электронной дифракции, электроспектроскопии.
  • Оже-микроанализатора.
  • Масс-спектрометра для исследования ионов и паровой фазы.
  • Источника ионов.
  • Барокамеры для обработки сырья.
  • Транспортёра, перемещающего кристалл между камерами.

Преимуществом эпитаксии МЛЭ, является низкоскоростной способ осаждения. Если применить для этого очищенные от загрязнений кристаллы, то выращенные эпитаксиальные слои, даже при низкой температуре исходного слитка будут идеальными. Также, низкоскоростной метод молекулярно-лучевой эпитаксии, даёт возможность делать многослойные слои (из 2-3 и более веществ). В современной промышленности научились создавать плёнки, нарощенные эпитаксиальным способом и имеющие толщину, менее микрометра.

Благодаря подобным научным достижениям появились:

  • Структуры с плавно изменяющимся составом.
  • Гетеропереходы.
  • Сверхрешетки.
  • Гетероструктуры.

Чтобы выполнить наращивание эпитаксиальных слоёв, следует использовать высококачественное промышленное оборудование, применяемое для исследований эпитаксии. Кроме того, специалисты до сих пор продолжают изучать, совершенствовать и создавать новые технологии наращивания эпитаксиальных многопереходных элементов нового типа.

Ионно-лучевая эпитаксиальная обработка

Лучевая эпитаксия довольно распространена и разделяется на несколько видов. Они используются, в зависимости от задачи, поставленной перед рабочими. Тогда на подложку распыляют ионные пучки инертных газов.

Лучевая эпитаксия может быть 2 видов:

  • Ионная.
  • Плазменная.

Ионно-лучевая и ионно-плазменная эпитаксия в некотором смысле схожи между собой. В обоих случаях на исходный кристалл распыляются пучки ионного инертного газа, но некоторые различия между ними имеются.

Широко распространено легирование при эпитаксиальном наращивание. Оно осуществляется по такому принципу:

Схема легирования при молекулярно-лучевой эпитаксии

Преимущества ионно-лучевой эпитаксии, относительно ионно-плазменного распыления:

  • Позволяет управлять зарядами в плёнке диэлектрического типа, благодаря нейтрализирующим электродам.
  • Можно наносить сложносоставные слои, сохраняя компонентный состав исходной подложки.
  • Не создаёт электрополей на подложке, что позволяет изготавливать высококачественные диэлектрические провода, даже из проводящего металла.
  • Внутри рабочей барокамеры создаётся небольшое давление. Его обеспечивает скорость откачки вакуумизирующим устройством, а не специально созданные условия для поддержания заряда.

Начальное наращивание эпитаксиального слоя по технологии МЛЭ начинается с образования скопления атомов в различных участках исходного кристаллизованного материала. Их величина составляет около 10 ангстрем. Далее, количество данных зародышей увеличивается, также увеличивается их величина, что приводит к их смыканию в единое целое. Таким образом, формируется первичный слой многоатомной эпитаксиальной плевы, толщиной до 100А.

Получение равномерной эпитаксиальной плевы по технологии МЛЭ, является проблемой, ведь дефекты могут появиться, как на стадии зародыша, так и их смыкания. Возникновение, даже 1 дефекта может вызвать цепочную реакцию и увеличение концентрации дефектных участков.

Во избежание разориентации, при молекулярно-лучевой эпитаксии зародышей (даже на малые углы), следует придерживаться определённых требований к молекулярным источникам:

  • Иметь запас материалов.
  • Вещества должны быть чистыми.
  • Рабочая скорость испарения – стабильной.

По технологии наращивания, нужно придерживаться вакуумного давления в пределах 1,33*10-6-1,33*10-8 Па и температурного режима – 400-800 градусов. Применяя данные параметры, скорость наращивания плевы будет достигать 0,01-0,03 микрометра в минуту, что можно приравнять к обработке из парогазовой фазы.

Электронно-лучевое эпитаксиальное наращивание

Электронно-лучевая эпитаксия выполняется по принципу молекулярно-лучевой обработки, но в этом случае используется классический способ, основанный на использовании твердофазных материалов: кремния, галлия и пр. Их распыление происходит, в результате испарения веществ пучком электронно-лучевой пушки или путём тигельного разогрева.

Сегодня в электронно-лучевой эпитаксии стала популярной технология, позволяющая изменять структуру эпитаксиальных слоёв.

Нарощенная эпитаксиальная плева может быть:

  • Релаксированной.
  • Напряжённой.

В рабочем режиме стало возможно преображать слои и делать из ненапряжённых напряжённые. Это можно делать двумя способами.

Первый (релаксационный).

Дальние наращиваемые слои и подложка сохранят свои структурные особенности.

Схема релаксационного наращивания эпитаксиальных плёнок

В процессе выращивания можно механическим путём нарушить 4-х сторонние атомные связи (в некоторых участках атомных соединений). Тогда определённое количество атомов будет иметь 1-3 оборванных связи. На гранях, где были оборваны соединения, формируются дислокационные несоответствия, приводящие к их проникновению в глубину нарощенной плевы. В итоге, сформировавшиеся дислокации могут служить, как электронные ловушки, являющиеся причиной деградации электрических и физических структурных особенностей.

Второй (Напряжённый).

При наращивании этим способом нарощенная плева деформируется, чтобы повторить параметры подложечной решётки (псевдоморфный рост).

Принцип наращивания напряжённого слоя при эпитаксии

При более высокой решёточной постоянности у слоя (относительно подложки), эпитаксиальная плева будет сжата вдоль растущей плоскости, сохраняя все связи. Стремительность компенсации напряжений стимулирует увеличение расстояния между плоскостями, в перпендикулярном к границе направлении. Энергетика упругих напряжений при этом сосредотачивается на эпитаксиальном слое.

Этим методом можно воссоздать из релаксирующего слоя напряжённый, поскольку при увеличении толщины наращиваемой плевы, возрастает и внутрислойная энергетика, но это до определённого момента. Состояния, перешедшие границу критического значения напряжения, становятся ненапряжёнными. Стоит отметить, что если структура, перешедшая из напряжённого состояния в ненапряжённое имеет разрушенные связи, расположенные по внутренней границе.

Газофазная эпитаксия, автолегирование и легирование

Газофа́зная эпитаксия входит в тройку технологических эпитаксиальных методик наращивания проводниковых и полупроводниковых материалов. Она представляет собой взаимодействие (физико-химического характера) между подложкой и веществами, находящимися в парогазовой и газовой фазе.

Этот способ эпитаксиального наращивания применяется для выращивания монокристаллических слоёв на поверхности кристалла, однако в большинстве случаев, на искусственно созданной плеве создаются дефекты, именуемые дислокациями.

Чтобы снизить количество дислокаций при эпитаксиальном осаждении в газовой фазе, нужно придерживаться определённой последовательности:

  1. Заполнение функционирующей барокамеры газофазным веществом.
  2. Переработка газовых реагентов в промежуточные материалы.
  3. Перенос получившихся материалов на поверхность обрабатываемого кристалла.
  4. Реакция между сформированным полупроводниковым слоем и подложкой.
  5. Устранение из камеры продуктов реакции.

Основные принципы газофазной эпитаксии

До 1965 г. для эпитаксиального наращивания диэлектрических и полупроводниковых плёнок использовали устройства атмосферного давления, но в результате готовые продукты были недостаточно качественными. Кроме того, исходные подложки увеличились в размере, что стало толчком для изобретения технологий, работающих с пониженным давлением газа в функционирующих барокамерах.

Таким образом, появилось несколько видов химических реакций при проведении эпитаксии в газовой фазе:

  • Разложение соединений (галоидных) поверх разогретой поверхности кристалла.
  • Восстановление нагретых водородом соединений на раскалённой подложке.
  • Гидроидный пиролиз полупроводниковых материалов.

Химические транспортные реакции разделяются на 2 стадии. В первой формируются летучие полупроводниковые соединения, а на второй их пиролиз. Чтобы выполнить наращивание газовой фазы, следует использовать специальное вакуумизирующее оборудование. Оно имеет вертикальный или горизонтальный реактор. Именно через них проходит подложка для полноценного проведения газофазной эпитаксии. Во время прохождения сквозь них, перемещаемый внутри газ может насыщаться другими компонентами, что совершенствует его свойства.

Сегодня при эпитаксиальном наращивании применяются 4 технологические группы, реализующиеся в камерах с пониженным газовым давлением:

  • Сверхвакуумное испарение.
  • Ионное распыление мишеней.
  • Газофазное осаждение при заниженном давлении.
  • Газофазное осаждение, стимулируемое плазмой и выполняемое при пониженном давлении.

Каждая технология имеет свои особенности, преимущества и недостатки, но чистые газофазные реактивы применяют редко. Зачастую они насыщаются другими компонентами, чтобы стать более устойчивыми к внешнему воздействию, и обрести полупроводниковые либо диэлектрические свойства.

Легирование и автолегирование эпитаксии газовой фазы

Чтобы усовершенствовать структуру исходного кристалла, применяют метод легирования. Он позволяет наращивать эпитаксиальные слои, имеющие в себе примеси других компонентов. Для легирования газовой фазы, принято применять гидроидные элементы. В водородной атмосфере они являются устойчивыми, что хорошо сказывается на термодинамике. Рассмотрим, как легируют газофазные среды при участии арсина и кремния. Тогда на поверхности последнего (при создании эпитаксиального слоя) возникают такие процессы.

  • Арсиновая адсорбция на внешней границе кремния.
  • Молекулярная диссоциация.
  • Добавление в состав арсина мышьяка.

Между эпитаксиальным наращиванием и легированием имеется тесная взаимосвязь. При использовании мышьяка и бора (как легирующих компонентов) между ними возникает реакция, образующая их хлориды. Также, стоит отдельно рассматривать скорость роста эпитаксиальной плевы, влияющей на количество наращиваемого слоя. Применяя низкую скорость наращивания по отношению к газовой и твёрдой фазе, можно добиться равновесия, которое невозможно получить при обработке высокой скоростью.

Материалы, полученные путём легирования при эпитаксиальном наращивании

Автолегирование эпитаксиальных слоёв газовой фазы

В промышленности актуальным процессом, является автолегирование, представляющее собой введение в намерено вводимые слои компонентов из исходного кристалла. Принцип процесса следующий: через границу слой-подложка, путём твердотельной диффузии вводятся примеси в наращиваемый слой, путём эпитаксии. Также автоэпитаксию можно выполнять за счёт испарения и превращения в газообразное состояние. В результате, легирование эпитаксиальных слоёв увеличивает переходную ширину между исходным кристаллом и наращиваемым слоем.

Нюансы автолегирования:

  • При проведении процесса обязательно учитываются временные параметры. Переход примеси исходного кристалла компенсируется твердотельной диффузией, поэтому скорость испарения постепенно снижается (при условии, что поверхность не защищена).
  • При автолегировании, имеющем уровень наращиваемой плёнки меньше легирования, профиль становится плоскотелым. Размер его хвостовой части определяется скоростью роста и температурой, а также применяемой примесью.
  • Процедура ограничивает толщину эпитаксиальной плевы, получаемой подконтрольным легированием при его минимальных настройках.
  • Прерывание подачи примеси внутрь устройства не изменит ход легирования и его уровня, что свидетельствует о высокой инертности процесса.

Автолегирование и легирование газофазной эпитаксии кропотливый процесс. Рабочим, выполняющим его нужно быть предельно внимательными и ответственными. Прежде чем приступать к процедуре, следует провести травление газофазного компонента, в добавление к отмывке исходного кристалла. Его выполняют различными химическими веществами при температуре, свыше 1000 градусов. Скорость процедуры достигает 0,2 -0,4 мкм/мин., а толщина стравливаемого компонента – 5 мкм. По окончанию стравливания, поверхность подложки очищается от естественного окисления и подготавливается к дальнейшей обработке.

Что такое эпитаксия, её методы, процесс и виды

Промышленная деятельность требует специального оборудования и технологий, позволяющих выполнять различные процессы, такие как эпитаксия. Эпитаксия – наращение много кристаллических слоёв на кристалл (также именуемый, как подложка), при этом новые нарощенные слои полностью повторяют контур исходного объекта.

Что представляет собой эпитаксия

Виды эпитаксиального наращивания

Как и любой другой процесс, эпитаксия имеет виды выполнения. Они связаны со способами обработки подложки.

Основные виды эпитаксии:

  • Автоэпитаксия. Представляет собой наращение на кристалл вещества, имеющего практически абсолютное сходство по составу с самой подложкой. Накладываемое вещество может иметь в своём составе примеси. Ярким примером такой эпитаксии, является наращивание слоя кремния на кремниевую подложку.
  • Гетероэпитаксия. При этом состав слоя и подложки отличается, но химические соединения не образуются.
  • Хемоэпитаксия. Наращенный слой, является химическим соединением подложки и осаждаемого вещества.

Наращенный эпитаксиальный слой будет полностью повторять контур кристалла. Его можно наращивать из веществ любой консистенции: жидких, твёрдых газовых. Однако тогда специалисты используют различные методы эпитаксии.

Основные виды эпитаксиального наращивания

Независимо от вида эпитаксии, наращивание тонких слоёв на поверхность подложки имеет такие преимущества:

  • Применяется в различных сферах деятельности для улучшения физических качеств основного материала.
  • Эпитаксию можно наносить локально.
  • Проводимость наращиваемой плёнки можно изменять до нужных параметров, дополняя вещество различными примесями.
  • Выполнять покрытие объекта можно, независимо от его размера, объёма, формы.
  • Покрытие полностью повторяет контур исходного кристалла и может заполнять имеющиеся на его поверхности дефекты.

Кроме того, нанесение тонкого слоя, отличающегося от самого слитка на его поверхность, позволяет снизить концентрацию углерода и кислорода. Из-за чего повышается устойчивость объекта к повреждениям, и снижается количество дефектов.

Методы формирования эпитаксиальных слоёв

Методы эпитаксиального наращивания напрямую зависят от фазы вещества, используемого для наращивания много кристаллического слоя. Отсюда возникают следующие методы эпитаксии:

  • Жидкофазная.
  • Газофазная.
  • Молекулярно-пучковая.

В процессе молекулярно-лучевого эпитаксиального наращивания используется сверхвысокий вакуум. Тогда вещество испаряется и осаждается на подложку. Наращивание слоёв происходит на молекулярном уровне.

Методы эпитаксии, используемые в промышленности

Газофазная эпитаксия подразделяется на химическую и физическую. При последнем варианте наращивания используется методика катодного осаждения и распыления, расплавления и осаждения молекулярных пучков в вакуумированном пространстве.

В качестве дополнительных методов эпитаксии выделяют:

  • Твердофазную эпитаксию. При доведении подложки до высоких температур фаза, располагающаяся внутри многослойной структуры, подвергается перекристаллизации и растёт на монокристалле.
  • Жидкофазная. При этом монокристаллическая плёнка из расплавленного полупроводникового материала осаждается на подложку, в виде монокристаллического слоя.
  • Конденсированная. При этом используемый материал подвергается испарению с дальнейшим распылением и осаждением на монокристаллический объект.

По механизму наращивания:

  • Прямой. Атомы, находящиеся внутри камеры падают и осаждаются на поверхности обрабатываемого объекта.
  • Непрямой. Атомы образуются за счёт разложения соединений самого слитка. Тогда атомы перемещаются по поверхности разогретого кристалла и занимают возникающие на поверхности объекта островки.

В методику наращивания эпитаксиального слоя входит правильный разогрев. Подложка должна быть нагретой до температуры, 576-673 градуса, в противном случае атомы не будут прикрепляться к кристаллу или снова начнут испаряться и осаждаться на менее раскалённых поверхностях. Вообще наращивание эпитаксиального слоя довольно кропотливая и сложная задача, ведь при диссонации используемых компонентов, следует уделять особое внимание их летучести, которая должна быть одинаковой. Из-за этого создание монослойной плёнки идентичной по составу/толщине затруднительно, и выполняется только при использовании специальных методик, оборудования.

Процесс наращивания

Эпитаксиальное наращивание выполняется исключительно в специальных промышленных камерах, позволяющих нагревать вещества до определенных температур и контролировать весь процесс эпитаксии.

Устройство для создания эпитаксиальных слоёв имеет следующую конструкцию:

  • 2 сверхвакуумные барокамеры, имеющие безмасляную откачку.
  • Камеру анализа.
  • Механизм перемещения.

Весь процесс эпитаксии и формирование кристаллических плёнок происходит в сверхвакуумных барокамерах. После обработки подложки в одной камере, она перемещается в другую, благодаря специальному транспортирующему механизму. Он перемещает содержимое барокамеры без её разгерметизации. Процессы эпитаксиального наращивания внутри камер обязательно контролируются рабочим персоналом. Это требуется во избежание перегрева кристалла и переиспарения сформированной плёнки. Для этого предусмотрена камера анализа, позволяющая специалисту безопасно для здоровья оценивать качество обработки подложки.

Последовательность эпитаксии:

  • Испарение отдельных атомов, выполняющееся за счёт нагревания лазером или спиралью, разогретой до предельно высоких температур.
  • Переход атомов в более холодные участки барокамеры.
  • Превращение атомов в наночастицы.
  • Наложение наночастиц на поверхность объекта.

Процесс эпитаксии и механизм наращивания эпитаксиальных слоёв

Процесс эпитаксии наглядно

Особенности процесса эпитаксиального наращивания:

  • Напыление. Выполняется из ячеек Кнудсена, изготовленных из чисто-спектрального графита, с изолированным покрытием из алунда с наружной стороны.
  • Нагрев. Внутри устройства имеется вольфрамовая, термоустойчивая спираль.

Во избежание взаимного теплового воздействия между устройством и его содержимым, предусмотрено помещение ячеек в медно-танталовую рифленую фольгу, охлаждающуюся азотом. Их особенностью, является доступность образования молекулярных безвихревых, ламинарных потоков. Их перекрытие выполняется, благодаря заслонке, управляемой вне барокамеры, из-за чего разгерметизация камер отсутствует.

В процессе наблюдения за эпитаксией, используются приборы:

  • Дифрактометр медленных электронов.
  • Оже-спектрометр.

Они позволяют оценить рельефность и химический состав образовавшейся поверхности, интенсивность молекулярных пучков, атмосферу внутри барокамеры и кристаллическую структуру формируемого слоя.

Следовательно, формирование слоя на подложке требует регулярной корректировки процесса, осуществляющегося в реальном времени, поэтому данным способом наращиваются рекордно тонкие (до 100 нм) слои на металлах, диэлектриках, полупроводниках и пр.