Способ испарения тугоплавких металлов в вакууме и устройство для его осуществления

Пя ггг. 1 ггзобряжено предлагаемоеустройство, вид спереди; ца фиг, 2таже, вггд сбоку.Устройство содержит наконечник 1цсгподяижного электрода, наконечник 2подвижного электрода, пластину,З термического биметалля, токоподвод схладопроводом 4 системы принудительного охлаждения подвижного электрода,крепежные болты 5 и б, температурноинерционный держатель (ТИД) 7 подвижнаго электрода с термостойкой деталью8, коггтур 9 принудительного охлажде"ния подвижного электрода, ТИД 10 не- ц 5подвижного электрода с термостойкойдеталью 11, изолятор 12, токоподвод13 с контурам принудительного охлаждения неподвижного электрода, подложкадержатель 14 и направляющую планку О15 подвижного электрода,Для осуществления предлагаемогосг 1 особа последовательно выполняют слеФд;ющие операции в условиях вакуума.Два токонодводящих наконечникадлиной 0,5-1,0 см и диаметром 0,20,5 см, изготовленных, например, иэвольфрама, приводят в соприкосновение торцовыми поверхностями с образованием электрического контакта междуниии. Включают системы принудитель 3 Оного охлаждения. Вклэзчагот цизкоомныйисточник напряжения, короткозамкнутыйв области рассматриваемого контактаме,"ду наконечниками (Ч10 В, 1 50100 А). При этом основная мощ" 5ность источника питания будет приложеня в области контакта между наконечниками электродов, в результатечего ця концах наконечников образуется каплеобразная зона расплавлен-40ного испяряемого металла.Постепенно увеличивают расстояниемежду токоподводящими наконечниками.При этом в первое время между ними невсзцикяет разрыва электрической цепи 45зя счет того, что расплавленная капляметялля удерживается силами понерхиостцого нятлжеггггя ня обоих наконечниках, 11 ежду тем происходит допслнггтепьное планление и испарекие металля зя счет цоднадимой электрической энергии. Процессисггяреция заканчивается при значителг.цом испарении капли рясплана и ггаруюекци электрической пепи. Практически длительность процесса испаряния капли составляет несколько десятков гсппгпгсекуцд, а перемещение кнконечннкя осуществляют с помопгьго упругой биметаллической пластины, которая, изгибаясь под действием тегглового потока, возникающего в обВ ласти горячего промежутка, увеличива-ет расстояние между наконечниками до полного разрыва электрической цени, После этого осуществляется принудительное охлаждение токоподводящих электродов и биметаллической пластины до рабочей температуры вакуумной камеры, что приводит к возврату биметаллической пластины в исходное положение и повторному замыканию контакта между наконечниками, Время охлаждения наконечников и прилежащих к цим,токоподводящих электродов и других деталей устройства (биметаллическая пластина, элементы крепежа) 1-3 с определяется условиями теплоотдачи в устройстве.Выполнение операции принудительного охлящеггия позволяет достичь сохранении вакуума в системе при испарении самых тугонлявких металлов, Ъгклы испарения повторяют до напыления требуемого количества металла, Оптимизация процесса образования и испарения капли металла в горячем вакуумном промежутке требует согласования скорости перемещения подвижного наконечника электрода со скоростью его оплавления и скоростью испарения капли, Для такого согласования и применяется ТИЦ, который задерживает реакцию биметаллической пластины сначала на экстраток, связанный с оплавлением наконечника, а затем замедляет ее на время протекания экстратока, ответственного за испарение капли расплава в условиях переменного зазора в горячем промежутке. Размеры ТИД, выполняющего роль буАерггой теплоемкости в процессе теплапередачи от горячего промежутка к биметаллической пластине и другим деталям устройства, подбирают экспериментально, Для биметаллггческой пластины никель-ицвар шириной. 10 мл, длиной 80 мм и толщиной 0,3 мм был использован стальной ТИД массойоколо бО г.Устройство для испарения тугоплавких металлов в вакууме содержит электроды, наконечники 1 и 2 которых изготовлены иэ испаряемого материала(например, вольфрама) и прижаты друг к другу до образования электрического контакта между ними упругим усили5 .15720ем биметаллической пластины 3, кото-рая жестко Аиксцрован на хладопроводе 4, составленном цз трех медныхколец и стянутом крепежными болтами 5и 6 так, что ее термическое искривление проходит вплоскости, перпендикулярной плоскостям этих колец. Использованы две биметаллические пластины никель-ковар шириной 1 см, длиной 8 см и. толщиной 0,3 1 Г см, Наконечник 2 подвижного электрода укреплен на ТИД 7 с помощью термостойкой детали 8 - танталового держате"ля. Сборка деталей 1-8 плотно вставляется внутрь медного контура 9 принудительного водяного охлаждения цилиндрической формы, положение ТИД 7, фиксированного на свободном конце биметаллической пластины 3 с помощью 20 -крепежного болта 6, ограничено направляющей планкой 15. Термостойкий танталоный Т 1 Я 10 неподвижного электрода фиксирован в тепловом контакте с деталью 11, которая с помощью "айки крепится к изолятору 12 (керамика), Держатели ТИД 7 и 10 изготовлены иэ стали, термостойкие детали8 и 11 выполнены цз тантала вместе со своими крепежными болтиками, 30Электрод - ТИД 10 массой около 60 г служит для смягчения тепловой нагрузки на керамический изолятор 12 и питается переменным напряжением до 10 В и током до 100 А (в импульсе), Сборка деталей 1, 10, 11, 12, связанная с накидной гайкой, плотно вставляется в контур водяного принудительного охлаж. дения неподвижного наконечника ци-. линдрической Аормы. Лксиально-симметрично наконечниками 2 расположен подложкодержатель 14 напыляемого . металла, Все устройство размещено внутри камеры вакуумного универсального поста ВУП. 45Устройство работает следующим образом.Вакуумную камеру откачиваютдо остаточного давления (2-3) 10 им рт,ст, 50На электроды подают низковольтное напряжение, при этом первые 3-5 импульсов тока не должны превышать величины 3-5 Л. В результатеснимается предварцтельняя Геханическая напряженност. биметаллцчеекцхпластин 3 и устанавлнэается рабочий тепловой баланс В цс нар т.;1 н Й системе. В этом режиме цспаренц туго-,61 6плавкого материала наконечников 1, 2электродов практически отсутствует,Затем величину токовых бросков (поамперметру ВУП- ) Увеличивают до уровня 25-35 Л, прц котором происходитинтенсивное испарение тугоплавкогометалла. При испарении ниобия иливольфрама 20-50 импульсов (циклов)обеспечивают нанесение пленки толщиной более 100 мкг/см на площади2около 50 см . Причем.в рабочей камегре поддерживается вакуум на уровне2,4 10 мм рт. ст, в процессе непрерывной работы устройства в течение2 ч,Это позволяет надежно получатьвысококачественные пленки тугоплавких металлов, например Ч, Ке,.ЙЬ,Та, Ио, с высокой адгезией к подложке безиспользования методов исредств электронно-лучевого испарения. Формула изобретения 1, Способ испарения тугоплавких металлов в вакууме, включающий сближение электродов, изготовленных из испаряемого металла до образования электрического контакта, пропускани е элек три чес ко го ток а между электродами, плавление и испарение металла в области контакта, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью. повышения качества напыляемок пленки за счет сохранения степени вакуума.после плавления металла осуществляют механическое разъединение электродов при одновременном испарении из зоны расплава, после раэмыкания контакта отключают подачу электрического тока и принудительно охлаждаютэлектроды до рабочей температуры вакуумной камеры. 2. Устройство для испарения тугоплавкцх металлов в вакууме, содержащее токоподводы, электроды расположенные соосно, выполненные из испаряемого материала и закрепленные в механизме перемещения электрода,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения качества наглляемоц пленки, токоподводы выполненыс возможностью охлаждения, ме: - дтскоподвсдамц и электродами установ-,лены таам.:ературно-инерционные держатели а л 1 е аннзм перемещения электрода выполнен в "нде упругой биметал15720 б 1 Фугой соединен с температурно-инерционным держателем этого электрода. липпеской пластины, один торец которойжестко закреплен. в токоподводе, а Составитель С.Батюк, Редактор И.Васильева Техред И.Иоргеитал Корректор С.Шекмарм веан авеаа ипм пРи ГКНТ СССР