10 ELEKTRO 5/2013 Vlastnosti vakuově napařovaných kovových vrstev Úvod Vakuové napařování je technologie umož-ňující pokovování materiálů, a to i elektricky nevodivých. Je založeno na principu konden-zace par v ohraničeném prostoru s vytvoře-ným vakuem. Napařovací prostor – zvon (re-cipient) – obsahuje výparník tvořený vyso-kotavitelným kovem, v němž či na němž je odpařovaný kov a držák substrátu ve stano-vené vzdálenosti od výparníku. Ten se čas-to skládá z karuselového zařízení, aby bylo možné přivádět do proudu par postupně růz-né substráty. Mezi substrátem a výparníkem také bývá clona určená k zachycení první dávky par, které bývají znečištěny v důsled-ku oxidů nacházejících na povrchu materiálu ve výparníku. V recipientu obvykle bývá i či-dlo vyhodnocující tloušťku napařené vrstvy.Ohřev výparníku zajištěný průchodem elektrického proudu, ohřevem iontovým svaz-kem či vysokofrekvenčním ohřevem způsobí odpařování kovu. Jestliže teplota kovu vzros-te nad předepsanou mez, zvýší se kinetická energie v povrchové vrstvě natolik, že se z ní začnou uvolňovat atomy, popř. i molekuly od-pařované látky. V tomto případě se na pod-ložku, která má nižší teplotu než odpařovaný materiál, postupně nanáší materiál od ostrův-ků po vytvoření kompaktní vrstvy.Je třeba zajistit, aby dráha vypařovaných částic byla přímočará a střední volná dráha co nejdelší, proto celý proces napařování probíhá ve vakuu (10–4 až 10–6 Pa, v některých přípa-dech stačí pouze 10–2 Pa), střední volná drá-ha odpařovaných částic je prodlužována např. menší hodnotou vakua. Je naprosto nezbytné zařídit, aby střední volná dráha měla minimál-ní vzdálenost od výparníku k substrátu, v pra-xi je ale navrhována ještě větší. Takto malé vakuum také způsobí, že se částice odpařovaného kovu nestřetnou během své dráhy s plynnými částicemi a nezmění se jejich směr. Čím více rostou požadavky na přesnost a čistotu vrstvy, tím více rostou i náklady na zajištění hlubšího vakua a na čistotu vnitřních prostor recipientu.Funkce a konstrukce výparníků, dávkovače materiálu První skupinou výparníků jsou výparní-ky pro sublimaci. Tyto výparníky jsou kon-strukčně nejjednodušší, jsou tvořeny přímo odpařovaným materiálem, a to ve tvaru svi-nutého drátu či svazku drátů. Tento výpar-ník je vyhříván přímo protékajícím proudem. Aby výparník plnil svou funkci, musí být z materiálu, který dosáhne tlaku par 1,33 Pa ještě před jeho přetavením. Mezi takto napa-řované materiály patří Cr, Mo, V, Fe, NiCr.Používanější výparníky ale ohřívají (např. odporovým ohřevem) napařovanou látku na svém povrchu. Pracovní teplota těchto výpar-níků je v rozmezí 1 000 až 2 000 ° C. Výpar-ník nesmí znečišťovat odpařovaný materiál vlastním odpařováním či vzájemnou interak-cí. Mezi nejpoužívanější materiály pro výro-bu výparníků patří těžkotavitelné kovy (např. W, Mo, Ta) a oxidy. Wolframové výparníky mají větší trvanlivost při vyšších teplotách, tantalové je možné lépe tvarovat, molybde-nové jsou levnější a vhodnější pro odpařova-né materiály s nižším bodem tavení. Výpar-níky z uhlíku vyhovují do 2 000 ° C, mohou však vznikat karbidy a eutektika, čemuž lze ale čelit použitím keramických vložek. Uhlí-kové mohou také uvolňovat nežádoucí plyny (H2, N2, CO, CO2).Výparníků je mnoho typů (obr. 1). Drátové výparníky se používají k odpařování menší-ho množství materiálu, který je dobře smáčí. Jsou realizovány svinutím několika drátů či zhotovením roštu. Tyčové výparníky jsou gra-fitové, kovové, popř. z intermetalických ma-teriálů. Jsou vhodné pro větší navážky nebo i pro plynulý přísun materiálu. Trubicové nebo komorové provedení zabraňuje vylé-távání větších částic a může mít i směrový charakter. Kelímkové výparníky mohou být z těžkotavitelných kovů (Mo), uhlíku či ke-ramických materiálů. Vhodným víčkem nebo stíněním lze ovlivnit směrové charakteristiky.Vakuové napařovací zařízení Struktura vrstev a jejich vlastnosti jsou především ovlivňovány úrovní a kvalitou va-Ing. Doaa Yahya, Katedra mikroelektroniky, FEKT VUT Brno Obr. 1. Některé typy výparníkůObr. 2. Základní schéma va- kuového napařovacího za-řízení 1 – recipient, 2 – olejová difuz-ní vývěva, 3 – chlazený lapač olejových par, 4 – deskový ventil, 5, 6 – mechanické ro-tační vývěvy, 7 – výparník, 8 – držák podložek s ohřevem, 9 – substrát, 10 – clona 1 10 8 9 7 4 3 2 6 5