Технологія виготовлення тонкоплівкових резисторів

p align="justify">    Необхідність  ретельного попереднього знегажування всіх деталей системи, наявність спеціальної системи охолоджування катода, робота з високою напругою дещо обмежують застосування цього методу. 
 

    2.3 Метод реактивного розпилення 

    Метод реактивного розпилення для отримання провідних плівок резисторів полягає в тому, що, проводячи катодне розпилення, додають реактивний газ (азот, кисень, оксид вуглецю). Додавання до основного газу навіть невеликої кількості реактивного газу в значній мірі змінює властивості отримуваних плівок.

    Залежності  питомого опору і ТКρ плівок, отриманих при катодному розпиленні танталу в атмосфері аргону, від парціального тиску реактивних газів, введених в робочу камеру. Таким чином, склад і властивості плівок змінюють, регулюючи зміст оксидів, нітриду і карбідів, що утворюються при проведенні процесу катодного розпилення у відповідному середовищу. 

    2.4 Метод іонно-плазмового розпилення 

    Нанесення тонких плівок здійснюють також за допомогою іонно-плазмової технології. У верхній частині вакуумної  камери розташований анод, в нижній частині – вольфрамовий катод. Як джерело матеріалу, що розпилюється, служить третій електрод (мішень). Матеріал, що розпилюється, конденсується на поверхні ізоляційної підкладки, розташованою напроти третього електроду (мішені).

    Для підігріва підкладки слугує нагрівач; перед підкладкою встановлений рухомий екран. Поряд з третім електродом встановлений нерухомий екран.

    У робочій камері створюється тиск до 10^-4 – 10^-5 н/м², після чого включається нагрівач і подається струм напруження на катод. Температуру катода доводять до значення, достатнього, щоб отримати термоелектронний струм в декілька ампер на квадратний сантиметр площі і між катодом та анодом прикладають напругу. Далі в камеру подається інертний газ при тиску 0,01—0,1 н/м².

    Розряд  отримують за допомогою високочастотного трансформатора, проте при достатньо великій щільності термоелектронного струму розряд може виникнути сам або при невеликому підвищенні анодної напруги. З появою розряду струм досягає декілька ампер, а напруга на аноді падає до 40 – 60 В.

    Позитивні іони, що виникають в розряді, бомбардують  підкладку, видаляючи з її поверхні забруднення. Після цього на джерело матеріалу, що розпилюється, (мішень) подається негативний потенціал. При бомбардуванні іонами матеріалу, що розпилюється, вибиті атоми рухаються переважно перпендикулярно до поверхні електроду і конденсуються на ізоляційній підкладці, розташованій поблизу електроду.

    Рухомий екран дозволяє послідовно або одночасно проводити очищення поверхні підкладки і мішені.

    Важливою  позитивною особливістю іонно-плазмового розпилення є його універсальність. Цим методом розпилюють різні по своїх властивостях матеріали, наприклад, золото і вольфрам. Розпиленню можуть бути піддані напівпровідникові матеріали (кремній, германій), напівпровідникові з'єднання (сульфід кадмію і ін.) і діелектрики.

    Особливістю іонно-плазмового методу в порівнянні з іншими методами є його безінерційність  — після вимикання напруги  розпилення матеріалу відразу ж припиняється. При термічному випаровуванні у вакуумі процес конденсації плівки на підкладці відбувається після вимикання нагріву випарника.

    Щільність іонного пучка легко регулюється  шляхом зміни струму емісії вольфрамового  катода і тиску інертного газу. Інтенсивність осадження матеріалу  можна змінювати в дуже широких межах — від декількох одиниць до декількох тисяч ангстрем за хвилину.

    Товщина плівки, що наноситься, при постійному режимі розряду визначається співвідношенням  між струмом мішені і напругою на ній і часом розпилення. Для отримання дуже тонких плівок на мішень подається невелика напруга (200—250 В), при цьому швидкість осадження мала і добре регульована.

    При іонно-плазмовому розпиленні рівномірність товщини плівки на підкладці складає 1-5%, що значно краще, ніж при розпиленні в тліючому розряді.

    

    Рисунок 2.3 - Схема установки для іонно-плазмового розпилення [1]:

                      1 – анод;

                      2 – катод;

                      3 – мішень;

                      4 – ізоляційна  підкладка;

                      5 – нагрівач;

                      6 – рухомий екран;

                      7 – нерухомий  екран. 

    Плівки, нанесені іонно-плазмовим методом, мають дуже високу адгезію до підкладок, що обумовлене великою енергією атомів, що потрапляють на підкладку. Їх енергія приблизно в 20—25 разів більше енергії атомів, що потрапляють на підкладку в процесі термічного випаровування. Висока адгезія плівки до підкладки пояснюється ще тим, що поверхня підкладки до іонно-плазмового розпилення добре очищається в тліючому розряді. При катодному розпиленні, яке починається майже відразу після появи розряду, таке очищення здійснити важче. 
 
 
 

    2.5 Метод термічного розкладання 

    Провідні  плівки з малим питомим опором можна отримати методом термічного розкладання металоорганічних сполук при порівняно низькому вакуумі (10 – 30 н/м²) і невисоких температурах. Плівки, отримані цим методом, володіють достатньою міцністю, стабільністю і стійкістю до корозії.

    Установка є циліндровою вакуумною камерою, усередині якої є касета з керамічними підкладками. Ніхромові спиці, на яких укріплені підкладки є елементами електричного ланцюга, сполученого з блоком живлення БП, Касета приводитися в обертання електродвигуном. У нижній частині робочої камери є прямокутний канал, пов'язаний з штуцером, через який металоорганічна сполука подається в камеру.

    Корпус  робочої камери нагрівається спеціальними підігрівачами, щоб виключити конденсацію пари на стінках. На штуцері, сполученому з вакуумним насосом, розташований холодильник, на стінках якого пара конденсується і з'єднання в рідкому вигляді повертається в камеру. Стикаючись з гарячими керамічними підкладками, металоорганічна сполука розкладається з утворенням на поверхні підкладки плівки металу. Продукти розкладу видаляються з робочої камери через штуцер відкачки.

    Технологічній процес розкладання металоорганічних сполук може бути автоматизований; розроблені установки для безперервної металізації  керамічних підкладок. При безперервній металізації керамічні підкладки поступають в робочу камеру через спеціальну шлюзову систему, сполучену з вакуумними агрегатами.

    Технологічній процес розкладання металоорганічних сполук може бути автоматизований; розроблені установки для безперервної металізації керамічних підкладок. При безперервній металізації керамічні підкладки поступають в робочу камеру через спеціальну шлюзову систему, сполучену з вакуумними агрегатами. 

    

Рисунок 2.4 - Схема установки для розкладу металоорганічного з’єднання [1]:

               1 – касета;

               2 – керамічна  основа;

               3 – кожух;

               4 – кришка;

               5 – холодильник;

               6 – елементи підігріву;

               БЖ – блок живлення 

    2.6 Метод електрохімічного осадження 

    Вельми цікавим методом створення провідних плівок з малим питомим опором є метод електрохімічного осадження — перенесення і осадження заряджених частинок в електричному полі коронного розряду, що виникає між двома електродами при подаванні високої напруги.

    У зоні коронного розряду у негативного вістря в повітрі відбуваються наступні процеси. Коли поле негативного вістря стає настільки сильним, що додатній іон може вибити вторинний електрон при ударі про поверхні катоду, то цей електрон починає віддалятися від вістря, іонізуючи газ на своєму шляху і створюючи електронну лавину. Поблізу вістря в сильному полі електрон проводить посилену іонізацію. У міру того як лавина віддаляється, поле, що примушує електрони іонізувати газ, слабшає унаслідок зменшення напруженості електричного поля, а також тому, що електрони, віддаляючись, залишають позитивні малорухливі іони, створюючи просторовий заряд. 

    

    Рисунок 2.5 - Схематичне зображення руху потоку частинок між коронуючою точкою та анодом [1]:

                        1 – коронуюча  точка;

                        2 – підкладка;

                        3 – анод. 

    У результаті впливу просторового заряду рух електронів сповільнюється; вони взаємодіють з молекулами кисню, утворюючи негативні іони, які дрейфують до позитивно зарядженої пластини; виникає так званий електричний вітер. Позитивні іони досягають катода і, вибиваючи електрони, створюють нову електронну лавину.

    Частінки  твердого або рідкого матеріалу, що вносяться до зони коронного розряду, набувають, як і молекули кисню, негативний заряд і переміщаються до позитивно зарядженого електроду.

    Збільшення  розміру частинок приводити до збільшення їх маси, тому необхідно використовувати матеріал з певним ступенем дисперсності для задовільного перенесення від коронуючого електроду до ізоляційної підкладки.

    Процес  осадження провідних шарів в електричному полі коронного розряду може бути легко автоматизований. Здійснюючи за допомогою приводу переміщення ізоляційних підкладок або шаруватого пластика біля анода, можна забезпечити безперервний процес нанесення провідного шару з високою продуктивністю. 

3 ПРОЦЕС ВИГОТОВЛЕННЯ ТОНКОПЛІВКОВИХ РЕЗИСТОРІВ 

    3.1 Обробка основ резисторів 

    Як  основи в конструкціях постійних металоплівкових резисторів найширше застосовують керамічні матеріали. Це обумовлено їх високою нагрівостійкістю і механічною міцністю, хорошою стабільністю властивостей при температурних діях, змінах вологості і тиск, а також завдяки малому температурному коефіцієнту лінійного розширення і незначним діелектричним втратам при високій частоті.

    Керамічні основи більшості постійних металоплівкових резисторів мають форму циліндричної трубки з скрізьним отвором, який необхідний зважаючи на технологічні особливості нанесення провідної плівки.

    У кераміці, що містить велику кількість  оксидів лужних металів, можуть інтенсивно розвиватися електрохімічні процеси. Наявність оксидів лужних металів в керамічній основі при тривалій експлуатації приводить до необоротної зміни опору резистора. При навантаженні резисторів постійним струмом відбувається процес дифузії іонів лужних металів. Процес накопичення лужних металів супроводжується їх окисленням; об'єм продуктів електролізу під провідною плівкою збільшується, що може привести до руйнування її окремих ділянок.

    Старіння  резисторів, викликане наявністю  в керамічній основі оксидів лужних металів, можна значно зменшити, якщо на основу нанести шар оксиду (який не має іонної електропровідності в області робочих температур резистора) завтовшки в декілька мікрон.

    Сучасна технологія виробництва забезпечує отримання керамічних основ з високою механічною міцністю і хорошими ізоляційними властивостями; значно понижений відсоток оксидів лужних металів. Початкові компоненти кераміки піддають помелу протягом 20—25 год. Отриману масу зливають в басейн при постійному перемішуванні, потім фільтрують і піддають двократному вакуумуванню.

    

    Рисунок 3.1 - Конструкція металоплівкового резистора  МЛТ [1]:

                                   1 – ізоляційна  основа;

                                   2 – провідна плівка;

                                   3 – контактний  вузол;

                                   4 – захисне покриття;