2.2.1.4 Испарители

Температуру материала, предназначенного для испарения, можно повысить путем прямого или косвенного нагрева. Наиболее простым и общепринятым является метод резистивного нагрева нити или лодочки, на которые помещают испаряемый материад, Промышленность выпускает нити и лодочки [2, 3] разнообразных форм и размеров из ряда материалов, предназначенные для испарения широкого набора веществ и различных областей применения. Для нескольких стандартных испарителей распределение паров испаряемых веществ по направлениям хорошо известно и рассмотрено в учебниках.

При изотропном испарении из точечного испарителя скорость осаждения частиц на поверхность плоского приемника пропорциональна (закон косинуса Кнудсена). Здесь расстояние между приемником и испарителем, угол между направлением испарения и нормалью к поверхности приемника. При использовании испарителя малой площади скорость осаждения частиц на поверхность плоского приемника, параллельную поверхности испарения, пропорциональна

Для испарения материалов с высоким давлением паров, в том числе полупроводников, обычно применяют точечные источники испарения и испарители прямоканального типа. На рис. 2.1 показаны три типа таких испарителей. Благодаря узкому выходному отверстию пары находятся внутри испарителя в однородном и равновесном состоянии. Испаритель, применяемый в нашей лаборатории для испарения и аналогичных материалов, представляет собой кварцевый баллон с узким горлом. Отверстие для выхода паров снабжено молибденовой заслонкой конической формы, установленной в верхней части баллона. В баллон загружают спеченный порошок и его нагрев осуществляют с помощью цилиндрического молибденового нагревателя, окруженного тепловым экраном из волокнистого диэлектрического материала и тантала. Другой вариант конструкции такого испарителя, используемого исследователями из университета шт. Делавэр (США) для управляемого испарения представляет собой два коаксиальных графитовых испарителя, окруженных цилиндрическим танталовым нагревателем резистивного типа. Необходимое соотношение между скоростями испарения при наличии одного нагревателя устанавливается путем подбора физических параметров коаксиальных испарителей.

Рис. 2.1. Схемы устройства различных испарителей; а) испарение кварцевый тигель, 2 — модибденовый нагреватель; 3 — танталовый тепловой экран, 4 — кварцевая вата, 5 — теплоизолирующий волокнистый материал на основе термопара, 7 — порошок ; б) испарение сплава объем, заполняемый объем заполняемый камера для смешения испаряемых веществ, 4 — выходное отверстие для регулируемого размера, 5 — фильтр, 6 — крышка с выходным отверстием, 7 — термопара; испарение -заслонка, 2 — молибденовый контейнер; 3 — порошок; 4 — канал для испаряемого вещества.

Метод осаждения пленок с использованием нескольких испарителей имеет важное значение для технологии изготовления многослойных структур, а также для получения сплавов и полупроводников заданного состава. Посредством изменения температуры подложки можно регулировать давление паров компонентов, а также, что не менее важно, воздействовать на относительные коэффициенты прилипания и термодинамически равновесное состояние различных составляющих пара. Благодаря этому метод осаждения с использованием нескольких испарителей при соответствующем температурном контроле идеально подходит для выращивания пленок многокомпонентных полупроводников определенного состава и широко применяется для получения пленок соединений IV—VI, II—VI и III—V групп периодической системы элементов.

В табл. 2.2 указаны некоторые особенности и параметры процесса испарения, а также рекомендуемые испарители для материалов, которые могут быть использованы в солнечных элементах.