Соединения, используемые для LCVD металлов

Общее свойство соединений, используемых для химического газофазного осаждения, - это летучесть при низких температурах (от комнатной до сотен градусов Цельсия). Соединения металлов, используемые для LCVD металлических пленок и микроструктур, принадлежат следующим классам:

1) Алкилы;

2) Комплексы с ненасыщенными углеводородами (арены, аллилы)

3) Карбонилы;

4) β-дикетонаты;

5) Галогениды;

6) Амины;

7) Фосфины;

8) Алкил и карбонил гидриды;

9) И другие разнолигандные комплексы.

Из этих классов соединений исследователи LCVD используют, как правило, наиболее летучие соединения, устойчивые при нормальных условиях. Это связано с тем, что в конструкцию установок для LCVD входят оптические де­тали (линзы, входные окна реакционных камер), сильный нагрев и загрязнение которых нежелательны, поскольку ухудшают воспроизводимость результатов. Практически все рассматриваемые соединения при температурах в диапазоне от комнатной до ≈ 100 °С имеют парциальное давление пара от 10 Па до несколь­ких сотен Па.

Кроме того, выбор исходного соединения определяется выбором типа LCVD - лазерноиндуцированный пиролиз или фотолиз исходного соединения. При использовании для получения металлических пленок и микроструктур пиролитического LCVD важны термохимические свойства исходных соединений, а для фотолитического LCVD выбор исходного соединения металла определяется его фотохимическими свойствами.

Оптимальными исходными соединениями металлов для пиролитического LCVD являются наиболее летучие соединения, позволяющие получать высокие скорости осаждения при невысоких температурах испарителя и реакционной камеры. Использование исходных соединений, имеющих более низкую температуру пиролиза, предпочтительнее для пиролитического LCVD. Например, для Сu (ГФА)₂ и (Сu(ГФА)(ТМВС) температуры начала интенсивного разложения 300 °С и 150 °С, соответственно.

Исходя из количества публикаций, можно сделать вывод, что наиболее широко исследовано пиролитическое LCVD только отдельных соединений некоторых металлов. Это Al(CH₃)₃, W(CO)₆, WF₆, Cu(ГФА)₂, Pt(ГФА)₂, (СН₃)₂Аu(АА).

 

4. Практические рекомендации по применению наносекундных микромеханических затворов

В предыдущей главе показано, что термоиндуцированное срабатывание микромеханических затворов происходит при плотности мощности падающего ла­зерного излучения, близкой к плотности мощности, повреждающей защищаемые приборы наблюдения.

Отсюда можно сделать вывод, что термочувствительные структуры затворов должны располагаться в плоскости формирования оптического изображения, а оптическая схема защищаемого затвором прибора должна иметь последователь­но расположенные по ходу излучения две области формирования изображения - для затвора и для фоточувствительной структуры прибора наблюдения.

Среди зеркальных и зеркально-линзовых оптических систем такими возможностями обладает схема Грегори, показанная на рисунке 4.1. Зеркала М₁ и М₂ формируют первое действительное изображение ℓ'₂ в плоскости F'₂, которое линзой L отображается во второе изображение ℓ'₃, располагающееся в плоскости F'₃.

М 2

F' 2

ℓ' 2

L

М 1

ℓ' 3

F' 3

 

 

Рис. 4.1 Зеркально-линзовая система Грегори

Для рассматриваемого варианта затворов отражающую их поверхность необходимо разместить в области зеркала М₂, и на зеркале должно формироваться изображение ℓ'₂ из рисунка 4.1. При этом ход главных лучей, отра­женных от М₂, совпадает с ходом главных лучей, падающих на М₂, и любые оптические элементы, установленные по ходу отраженных лучей, затеняют па­дающие лучи.

Для удаления из падающего на М₂ пучка элементов, формирующих второе изображение в отраженных лучах, может быть применена схема Гершеля, с внеосевой входной апертурой (рисунок 4.2).

Ось

 

Рис. 4.2 Схема Гершеля с внеосевой апертурой

Вариант оптической системы с двумя последовательно по ходу пучка распо­ложенными изображениями, в котором мешающие элементы устранены из хода падающих на зеркало М₂ пучков, основанный на схеме Гершеля, показан на рисунке 4.3.

Ось

М 1

М 2

ℓ' 1

ℓ' 2

Л

 

Рис. 4.3 Оптическая схема с внеосевой апертурой и формированием первого изображения на поверхности зеркала

Здесь первое (действительное и отрицательное) изображение ℓ'₁строится сферическим или параболическим зеркалом М₁ на поверхности зеркала М₂, которое зеркально отражает главные лучи, отмеченные каждый двумя стрелками, в область по другую сторону от оптической оси. Апертура линзы Л достаточна для пропускания всех отраженных лучей; оптическая ось этой линзы совпадает с оптической осью системы, и построенное линзой изображение ℓ'₂ также лежит в области оптической оси.

Для уменьшения размеров линзы Л зеркалу М₂ целесообразно придать оптическую силу, превратив его в коллектив. Коллектив (полевая линза) отклоня­ет к оптической оси наклонные лучи пучков, осями которых являются главные лучи. Зеркало М₂ можно выполнить сферическим или в виде плосковыпуклой линзы с отражающей плоскостью.

Активное зеркало микромеханического затвора на рисунке 4.3 совпадает с отражающей поверхностью зеркала М₂. При попадании на входную апертуру зеркала М₁ лазерного мощного излучения оно фокусируется зеркалом в точку на плоскости затвора. До срабатывания затвора зеркало отражает лазерное излучение, и его энергия попадает на фоточувствительную область фотоприемника. После срабатывания затвора излучение пере­стает поступать к фотоприемнику; общая энергия, облучающая фотоприемник, уменьшается, что предохраняет его от повреждений лучом.

На рисунке 4.4 показана оптико-механическая схема телескопа, в котором применена оптическая схема рисунка 4.3. Задний фокус зеркала М₁ и передний фокус линзы Л совмещены, и в области общего фокуса размещено зеркало М₂.

На поверхности зеркала формируются изображения, размер поля которых ℓ'₁равен:

, (4.1)

где f₁ - фокусное расстояние зеркала М₁;

ω - половина апертурного угла зеркала М₁, являющегося объективом.

 

f' 1

S' P

Л

f 2

f' 2

D 4

D 3

М 2

ℓ' 1

2ω

D зp

D 1

D 2 2

М 1

М 1

М 2

 

 

Рис. 4.4 Оптико-механическая схема телескопа с внеосевой апертурой и промежуточным изображением на зеркале

Угловое увеличение телескопа Г равно:

. (4.2)

Считая, что входной зрачок телескопа совмещен с зеркалом М₁, найдем диаметр D_зр выходного зрачка:

. (4.3)

Апертурный угол ω' на выходе телескопа можно найти из выражения:

. (4.4)

Линза Л отображает входной зрачок в выходной, поэтому отношение расстояний выходного и входного зрачков до линзы равно увеличению телескопи­ческой системы:

, (4.5)

где - расстояние от линзы Л до выходного зрачка.

Диаметр D₄ линзы Л найдем из выражения:

. (4.6)

Проведем численный расчет. Примем: D₂ = 30 мм; f₁ = 60 мм; f₂ = 30 мм; апертурный угол 2ω = 5°. Получим:

- Размер зеркала M₂: D₃ = 2∙60∙tg(2,5°) = 5,24 мм;

- Размер выходного зрачка: мм;

- Угловое увеличение телескопа: ;

- Выходной апертурный угол: ω' ≈ 5°;

_- Расстояние выходного зрачка от линзы: мм;

- Диаметр линзы: мм;

- Радиус кривизны зеркала М₁: r₁= 2f₁ = 120 мм.

Применение коллектива в области промежуточного изображения позволит уменьшить диаметр линзы Л.

Концентрация лазерной мощности в области первого изображения и в обла­сти второго в общем случае различны, эта разница зависит от потерь энергии лазерного луча в промежутке между изображениями и от значения увеличе­ния, с которым получается второе изображение. Руководствуясь энергетиче­скими соображениями, можно получить выражение для отношения плотностей падающей лазерной мощности на поверхности в области второго и в области первого изображений (рисунок 4.3):

, (4.7)

где К - линейное увеличение второго изображения в сравнении с первым;

, - размеры первого и второго изображений, соответственно.

Если равна пороговой плотности мощности разрушения фотоприемника, размещенного в плоскости второго изображения:

, (4.8)

то из (4.7) следует, что плотность мощности Р_ср облучения затвора, приводящая к его срабатыванию, должна удовлетворять соотношению:

. (4.9)

Если значение множителя К²/a больше единицы, то фотоприемник может быть защищен от разрушения, даже если порог срабатывания затвора больше порога разрушения фотоприемника.

Учитывая, что выпускаемые промышленностью фотоприемные устройства стандартизированы по размеру входной апертуры, для обеспечения рассмотренного выигрыша в пороге срабатывания затвора необходимо рекомендовать использовать короткофокусные объективы в защищенных телескопических си­стемах. Это позволит уменьшить размер первого изображения (т.е. увеличить плотность мощности облучения затвора), и улучшить степень защиты, обеспе­чиваемую затвором.

Таким образом, в настоящей главе показано, что существуют оптические схемы телескопов, пригодные для встраивания зеркальных затворов и размещения их в плоскости изображения; проведен габаритный расчет таких теле­скопов; разработана конструкция макета телескопа, предназначенная для ис­пытания наносекундных затворов, работающих на отражение; предложена схе­ма расчетов телескопических систем со встроенным наносекундным затвором; найдены связи между оптическими характеристиками телескопических систем и степенью защиты от ослепления фотоприемных элементов.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведено теоретическое обоснование кон­цепции построения микромеханического оптического пассивного затвора, обес­печивающего защиту оптических приемных устройств, и оптико-электронных устройств различного назначения.

В работе проведен анализ поражающих факторов, экспериментальное иссле­дование на моделях и мишенях характера радиационного и теплового воздей­ствия лазерного ослепляющего облучения на элементы приемных устройств.

Исследована концепция оптического пассивного микромеханического затво­ра с наносекундным быстродействием.

Проведена количественная оценка поражающего действия лазерного излучения фотоэмиссионных приборов с многочисленным фотокатодом и с катодом с отрицательным электронным сродством, фотоэмиссионных полупроводниковых приборов на основе кремния, органов зрения.

Разработана математическая модель процессов поражающего воздействия лазерного излучения на структуру микромеханического затвора (включая ба­зовую физическую модель).

Проведены предварительные расчеты и макетирование оптиче­ских схем устройств, использующих наносекундные микромеханические затво­ры.

Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование, выбор пер­спективных материалов элементов микромеханических затворов, разработаны методы расчета конструкционных и функциональных параметров затворов.

Разработана теоретическая модель создания оптического пассивного микромеханического самосрабатывающего затвора, закрывающегося под действием наносекундного лазерного импульса облучения и восстанавливающегося после его окончания.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / А.М. Прохоров, В.И. Конов, И. Урсу, И.Н. Михэилеску. – М.: Наука, 1988.

2. Лезнева Э.Ф. Лазерная десорбция. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1990.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 2 т. Т.2.Термодинамика и молекулярная физика – М.: Наука, 1989.

4. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов. – М.: Мир, 1986.

5. Действие излучения большой мощности на металлы / С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов, Ю.В. Ходыко. – М.: Наука, 1970.

6. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. – Л.: Машиностроение, 1986.

7. Арутюнян Р.В., Баранов В.Ю., Большов Л.А. Воздействие лазерного излучения на материалы. – М.: Наука, 1989.

8. Емельянов В.И., Семиногов В.Н. Лазерно-индуцированные неустойчивости рельефа поверхности и изменение отражательной и поглощательной способности конденсированных сред // Итоги науки и техники. Сер. Физ. основы лазер. и пучковой технологии. – Т.3. – М.: ВНИТИ, 1989. – 57-91 с.

9. Волновые процессы в слоистых средах / Р.И. Нигматулин, А.И. Темроков, А.Ю. Кишуков // Сборник научных трудов РАН под редакцией ак. Фортова В.Е., 1992г.

10. Карлов Н.В., Кириченко Н.А., Лукьянчук Б.С. Лазерная термохимия: Основы и применения. – М.: ЦентрКом, 1995. – 368 с.

11. Карлов Н.В., Кириченко Н.А., Лукьянчук Б.С. Лазерная термохимия. – М.: Наука, 1992. – 296 с.

12. Ахманов А.С. Лазерная и традиционная полупроводниковая технология – сравнительный анализ. Применение лазерографии в технологии интегральных схем // Итоги науки и техники. Сер. Физ. основы лазер. и пучковой технологии. – Т.3. – М.: ВНИТИ, 1989. – 4-39 с.

13. Вьюков Л.А., Емельянов А.В., Ермолов А.В. Лазерные процессы в технологии микроэлектроники // Изв. АН СССР, Сер. Физ. – 1987. – Т. 51, №6. – 1203-1210 с.

14. Прудников Н.В. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. – Москва: МИРЭА, 2009. – 34-44 с.

15. Чесноков В.В., Чесноков Д.В. Модуляция света упругими волнами в мембранных волноводах. Труды международной конференции «Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электрических приборов в машиностраении». – Новосибирск: СГГА, 1995. – ч.2.-57-59 с.

16. Прудников Н. В., Чесноков В. В., Чесноков Д. В., Шлишевский В. Б. Применение термоиндуцированных наноразмерных поверхностных деформаций для ослабления импульсных световых потоков // Оптический журнал, том 76, №2, 2009. – 36-41 с.