Исследование элементного состава, поверхности и структуры тонких металлических пленок.

     МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
     ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
     «СЕВЕРО-ОСЕТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К.Л. ХЕТАГУРОВА»
     
    Факультет Физико-технический
    Кафедра  Физики конденсированного состояния
    Направление подготовкимагистра «Физика» программа
    «Физика полупроводников. Микроэлектроника»
     
    МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

 «Исследование элементного состава, поверхности и структуры тонких металлических пленок»

                Магистрант
Темникова Е.А
                                                                   Научный руководитель
Силаев И.В.
                                                                      Руководитель программы
Магкоев Т. Т.

    
    «Допущен к защите»
    Зав. кафедрой __________Магкоев Т.Т.    «_____»_______________2018г
    
    
    
    
    Владикавказ 2018

      ОГЛАВЛЕНИЕ
      ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….….3
      Цели и задачи…………………………………………………………………….…..4
     1.Технология получения тонких пленок ……………………………....5
     1.1.Вакуумные насосы…………………………………………………...5
1.1.1.Механические насосы объемного действия………………7
1.1.2.Форвакуумные насосы с масляным уплотнением………..8
1.1.3.Двухроторные насосы………………………………………9
1.1.4.Винтовые насосы……………………………………………10
1.1.5.Молекулярные насосы………………………………….…...11
1.1.6.Турбомолекулярные насосы………………………………..11
1.1.7.Пароструйные насосы……………………………………….12
1.1.8.Насосы поверхностного действия………………………….13
1.1.9.Адсорбционные насосы………………………………….…14
1.1.10.Геттерные насосы………………………………………….15
1.1.11.Магниторазрядные насосы…………………………….…15
1.1.12.Криогенные насосы………………………………….……17
     1.2.Методы нанесения тонких пленок…………………………………19
1.2.1.Термическое испарение в вакууме…………………..……19
1.2.2.Вакуумные напылительные установки………….………19
1.2.3.Формирование молекулярного потока…………………..20
1.2.4.Испарение вещества……………………………………….21
1.2.5.Испарители с резистивным нагревом…………………….24
1.2.6. Условия процесса испарения, влияющие
 на чистоту плeнки………………………………………………..30
     1.3.Методы, основанные на распылении мишени…………….………32
     1.3.1.Ионно-лучевые……………………………………………….32
     1.3.2.Ионно-плазменные……………………………………..…….33
     1.3.3.Катодное распыление………………………………………..34
     1.4.Магнетронное распыление…………………………………………38
     1.5.Электронно-лучевое испарение…………………………………….41
     1.6.Лазерное испарение…………………………………………………44
     1.7.Конденсация пленок на подложке………………………………….46
     
     2. Исследования поверхности методом РФЭС………………………51
     2.1.Основные принципы метода………………………………..54
     2.2.Принцип работы установки РФЭС…………………………57
     3. Экспериментальная часть……………………………………………62
3.1.Получение  тонкой пленки на примере меди………………..63
3.2.Получение пленок хрома(Cr), никеля(Ni), золота(Au),серебра(Ag), алюминия(Al)………………………………………67
3.3. Исследование тонких пленокAl, Cr, Ni, Cu, Ag, Au методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии………………69
     Выводы…………………………………………………………………75
     Список используемых источников……………………………………76
    Введение
     Тонкие пленки играют очень важную роль в современной технике. Особенно успешно они применяются в быстро развивающейся технологии интегральных микросхем. Они служат также основными элементами в столь различных областях техники, как устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую и сверхпроводниковые приборы. Важное требование к тонкопленочным структурам в этих применениях состоит в том, чтобы они сохраняли свое строение. 
     Изучению структуры тонких пленок стало придаваться особое значение, поскольку они оказались важным средством исследования твердого тела, в особенности полупроводников, магнитных и сверхпроводящих материалов.
      Сегодня уже реже исследуют структуру кристаллов ради самой структуры или производят грубое определение упорядочения по изменению постоянной решетки. Исследуются локальные дефекты решетки, их различные формы и индивидуальное расположение. Изучается влияние подложек и напряжений на механизм роста и конечную концентрацию дефектов в пленках, и делаются попытки связать их реальную структуру с физическими свойствами, используя последние достижения теории твердого тела. 
     Несмотря на достигнутые успехи в экспериментальных методах, еще не существует единой количественной теории взаимосвязи между условиями осаждения роста пленок структурой и физическими свойствами пленки.
     Зависимость свойств тонких пленок от их структуры, определяемой условиями получения, очень велика. Это приводит, с одной стороны, к существенным различиям параметров массивных и пленочных образцов и, с другой, к большому разбросу характеристик самих пленок.
     
    Цели и задачи.
     1.Изучить теоретические основыполучения тонких пленок методами: термического,  ионно-плазменного, магнетронного, электронно-лучевогоилазерного испарения в вакууме.
     2.Изучить теоретические основы методарентгеновской фотоэлектронной спектроскопии(РФЭС).
     3.Исследовать полученные тонкие пленки Al, Cr, Ni, Cu, Ag, Auметодом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
     
     
     
     
     
     

    1.Технология получения тонких пленок и методы их исследования.
      Вакуумные насосы.
     Вакуумный насос — элемент вакуумной системы, непосредственно осуществляющий удаление газа из откачиваемого объема. Основные характеристики насоса — скорость откачки и ряд характерных значений давлений, определения которых удобно иллюстрировать с использованием зависимости скорости откачки от давления на входе насоса (рис. 1).
     
     
      
     Рис. 1. Зависимости скорости откачки от давления на входе насоса
     
     Предельное давление насоса p_пр (левый ноль графика) — минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объема («на себя»); быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению должна стремиться к нулю.
     Наименьшее рабочее давление p_м (левый край плато) — минимальноедавление, при котором насос длительное время обеспечивает номинальное значение скорости откачки. Это давление, как правило, на порядок превышает p_пр.
     Наибольшее рабочее давление p_б (правый край плато) — максимальное давление, при котором насос длительное время обеспечивает номинальное значение скорости откачки. Рабочие диапазоны давлений вакуумных насосов (от наименьшего до наибольшего), в основном, определяются их принципом действия.
     Давление запуска насоса p_з(правый ноль) — максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу. Давление запуска может на 2–3 порядка превышать наибольшее рабочее давление. 
     Работа насоса вне плато зависимости S(p) обычно возможна, но эко-номически неэффективна. 
     Если насос не связывает откачиваемый газ внутри себя, а выбрасывает его наружу, то, помимо входного, у таких насосов есть и выходное сечение. В этом случае еще одним параметром является предельное выпускное давление (противодавление).
     Как правило, прежде всего классификация насосов исходит из того, на достижение какого вакуума эти насосы рассчитаны: низкого и среднего (насосы предварительного разрежения или форвакуумные насосы) или высокого и сверхвысокого вакуума (высоковакуумные насосы). Вместе с тем, любая классификация насосов достаточно условна, она различна у различных авторов. Однако названия конкретных типов насосов, как правило,устоялись и являются общепринятыми.
     В частности, по принципу действия вакуумные насосы можно разделить на три большие группы: механические, поверхностного действия и ионные, внутри каждой из которых насосы также могут разделяться на различные конкретные типы (рис.2.). [1]
     
     Рис.2.Классификация вакуумныхнасосов.
     
1.1.1Механические насосы объемного действия
     Объемные насосы действуют по принципу увеличения объема заданного количества газа, вследствие чего, согласно закону Бойля–Мариотта, давление этого газа понижается:
     p?=Q/(V?)  (1)
     В случае объемной откачки над газом последовательно выполняются
     следующие операции:
     1. Впуск газа при расширении рабочей камеры.
     2. Уменьшение объема камеры и сжатие находящегося в ней газа.
     3. Удаление газа из камеры в атмосферу или на вход насоса следую-
     щей ступени.
     Простейший пример объемного вакуумного насоса — это поршневой насос (рис.3), в котором откачка осуществляется за счет периодического изменения объема цилиндра. Первый такой насос был изобретен и создан еще в XVII веке бургомистром Магдебурга Отто фон Герикеи после многочисленных усовершенствований сохранился до нашего времени. 
     
     Рис.3. Объемный (поршневой) насос:
     1, 2 — автоматические клапаны; Vмах — максимальный объем цилиндра;   Vmin — вредный объем; V0 — откачиваемый объем; P0 — начальное давление; Ра — давление на выходе.
     Этот насос обычно начинает работать от атмосферного давления. Скорость его откачки вычисляется как произведение объема рабочей камеры на частоту. Для современных насосов это 10–4000 л/с. Цилиндры могут быть простого и двойного действия (рабочие камеры с двух сторон от поршня). Скорость движения поршня обычно не превышает 1 м/с. 
     Предельно достижимое давление насоса определяется натеканием газа через уплотнения, а также из «мертвого объема», остающегося над поршнем при максимальном сжатии, и составляет 1–10 Торр для одноступенчатого и 0,1 Торр для двухступенчатого насоса. [1]
     Недостатками подобной системы являются сильная зависимость скорости откачки от давления, недостаточная механическая уравновешенность и большие потери на трение. Это ограничивает рабочую частоту насоса и определяет его высокую удельную массу (10–20 кг/(л/с)) и значительное энергопотребление.[1]
1.1.2.Форвакуумные насосы с масляным уплотнением
     В настоящее время механические объемные насосы с масляным уплотнением остаются непременным элементом большинства вакуумных систем. С их помощью создается предварительное разрежение в вакуумной системе и форвакуумное давление на выходе высоковакуумных насосов. Наибольшее распространение получили три типа механических объемных насосов с масляным уплотнением: пластинчато-статорные, пластинчато-роторные и плунжерные насосы. [1]
     Пластинчато-статорные насосы — это, как правило, насосы малой производительности, пластинчато-роторные — средней, а плунжерные — средней и большой производительности.
1.1.3.Двухроторные насосы
     Схема устройства высокопроизводительного двухроторного насоса (в иностранной литературе их часто называют насосами Рутса) с обкатывае-мыми (леминискатными) профилями показана на рис.4.
     
     Рис.4. Общая компоновка двухроторного насоса
     В овальной рабочей камере корпуса 1 синхронно вращаются два ротора 2, в сечении напоминающие цифру "8". Последовательное положение роторов при вращении схематично изображено на рис.5. 
     Синхронность вращения обеспечивается закрепленными на валу роторов шестернями связи 3, вынесенными за пределы рабочей камеры. 
     
     
     
     Рис.5. Последовательные положения роторов при работе; стрелками показано направление потока откачиваемого газа и вращения роторов
     
Рис.6. Внешний вид роторов (а), и двухроторного насоса. Скорость откачки — 900 м3/час, предельное давление — 10-3 Торр
     При внешней синхронизации роторов зубчатой передачей теоретически они могут вращаться без зазора и трения (дважды перебрасывая газ на каждом обороте), поэтому частота вращения может быть очень большой (до 3000 об/мин). [2] Реальная величина зазоров довольно велика (~0,5 мм), так что обратный поток газа с выхода на вход соизмерим с откачиваемым потоком во всем рабочем диапазоне давлений. Объемная скорость перемещения газа роторами постоянна и определяется геометрическими размерами рабочей камеры и скоростью вращения роторов. 
1.1.4.Винтовые насосы
     Принцип действия основан на статическом сжатии газа в винтовой паре, состоящей из двух винтов, вращающихся в разные стороны с большой скоростью (3600 оборотов в минуту) (рис.7). За счет особой формы винтов и наличия микрозазоров между ними вращение происходит без трения. Синхронизация вращения обеспечивается высокоточной зубчатой передачей, вынесенной за пределы рабочего объема насоса. [2]
     
     Рис. 7. Схема конструкции винтового вакуумного насоса (а) и фотография роторов винтового насоса (б)
     При вращении винтов происходит увеличение объема ячеек, образованных винтовой поверхностью и корпусом, что приводит к всасыванию газа через входной фланец насоса и перемещению его к стороне нагнетания, где он выбрасывается при открытии выходного клапана. Охлаждение корпуса осуществляется с помощью водяной или воздушной системы. Вакуумные насосы этого типа осуществляют откачку газа без присутствия масла в рабочей камере.[2] Винтовые насосы обладают высокой производительностью 100–800 м3/час, предельное давление — до 10-3 Торр.
     Корпуса и роторы насосов изготавливают из высокопрочной стали. Применяемые покрытия рабочих поверхностей позволяют использовать их в условиях связанных с откачкой агрессивных газов, паров, наличия твердых микрочастиц в откачиваемом газе. [1]
1.1.5.Молекулярные насосы
     Принцип действия молекулярных насосов основан на передаче импульса молекулам газа в направлении откачки либо движущимися частями механического насоса (турбомолекулярные насосы), либо струей пара рабочей жидкости (пароструйные насосы).
1.1.6.Турбомолекулярные насосы
     Турбомолекулярный насос с взаимно перпендикулярным движением рабочих поверхностей и потока откачиваемого газа представляет собой высокоскоростную турбину, которая состоит из серии вращающихся и неподвижных дисков с наклонными прорезями (роторов и статоров), причем пазы в роторе и статоре имеют противоположный наклон. Современные насосы имеют 25–30 роторных секций и такое же число статорных. [3]
     Работа насоса основана на том, что при столкновении молекулы газа с поверхностью быстро вращающегося диска составляющая скорости движения молекулы, направленная вниз (рис. 8), увеличиваетсявследствие чего вероятность движения молекулы в направлении А–В значительно возрастает по сравнению с вероятностью движения в направлении В–А. Для передачи молекулам заметного импульса в направлении от-качки необходимо, чтобы точки на окружности ротора имели линейные скорости порядка молекулярных (430 м/с). Поэтому вал таких насосов должен вращаться со скоростью 10000–60000 об./мин в зависимости от диаметра насоса.
     
     Рис. 8. К принципу действия турбомолекулярного насоса
1.1.7.Пароструйные насосы
     Откачивающее действие пароструйного насоса основано на увлечении удаляемого газа струей пара. 
     Чем выше давление откачиваемого газа, тем большей должна быть плотность используемого в насосе рабочего тела. При высоких давлениях увлечение газа происходит в результате турбулентно-вязкостного перемешивания вихрей потока рабочего вещества с частицами газа (эжекторные насосы) и вязкостного захвата газа в ламинарную струю (бустерные насосы). При очень низких давлениях, когда свободный пробег молекул газа велик по сравнению с геометрическими размерами насоса, работает диффузионный механизм проникновения молекул газа в поток пара. В этом случае плотность струи должна быть малой, а ее скорость большой для эффективной передачи импульса молекулам газа.[3]
     Эжекторные насосы. Насосы этого типа работают при давлениях, соответствующих вязкостному режиму откачки, и используют внутреннее трение между слоями откачиваемого газа.
     
     Рис. 9. Схема пароструйного эжекторного насоса: 1 — сопло; 2 — камера смешения; 3 — диффузор; 4 — патрубок, присоединяемый к откачиваемому объему
     
     Диффузионные насосы. Простейший диффузионный насос устроен практически так же как эжекторный (рис. 10). Отличие состоит в объемном характере взаимодействия газа с потоком пара. Для реализующихся в данном случае условий длина свободного пробега больше размеров устройства, и взаимодействие откачиваемого газа с рабочим телом насоса имеет вид парных столкновений молекул.
     
      
      Рис. 10. Схема простейшего диффузионного насоса: 
      1 — паропровод; 2 — сопло; 3 — впускной патрубок; 4 — холодильник; 5 — выпускной патрубок
      
     1.1.8.Насосы поверхностного действия
     Принцип работы насосов поверхностного действия заключается в искусственном смещении равновесия процессов адсорбции или конденсации, с одной стороны, и десорбции или испарения, с другой. В соответствии с реализуемым механизмом, насосы поверхностного действия разделяются на адсорбционные (использующие механизмы физической адсорбции– десорбции) и криогенные (использующие механизм конденсации– испарения). Поверхность и объем прибора обычно находятся в состоянии, близком к равновесному — число частиц, оседающих в единицу времени на единице площади поверхности?_+, близко к плотности потока покидающих поверхность частиц: ?_-.
     1.1.9.Адсорбционные насосы
     Это название закрепилось за насосами, использующими явление физической адсорбции. Максимальное количество газа, которое может поглотить такой насос, является конечным и соответствует монослою откачиваемого газа на всей рабочей поверхности, поэтому в их составе используют пористые материалы, поверхность которых велика. [3]
     Активированные угли — пористые углеродные адсорбенты, получаемые из торфа, каменного угля, древесины (береза, кокос) и др. Исходные материалы подвергаются термической обработке без доступа воздуха для удаления воды и смол, а затем, активируются окислением при 900° С в присутствии Н2O или СO2. Площадь поверхности достигает 2000 м2/г при плотности порядка 0,5 г/см3.
     Силикагель — аморфная форма гидратированного кремнезема SiO2– nH2O, получаемая при взаимодействии силикатов щелочных металлов и минеральных кислот. При высушивании гидрогеля получается структура из сферических частиц с порами 10–70 ?. Площадь поверхности — до 500 м2/г при плотности 0,7 г/см3.[3]
     Конструкция типичного адсорбционного насоса показана на рис. 11. Активное вещество загружается в кассету, стенки которой обычно охлаждаются жидким азотом. Форма кассеты делается такой, чтобы обеспечить, с одной стороны, хорошую теплопроводность от охлаждаемой стенки ко всем частям объема активного вещества, а с другой — достаточно свободный доступ к нему молекул газа из откачиваемого объема.
     
     
      
     Рис. 11. Цеолитовый адсорбционный насос: 
     1 — внешний цилиндр; 2 — внутренний цилиндр; 3 — днище;4, 5 — верхнее днище; 6, 8, 11 — патрубки; 7 — фланец; 8 — патрубок; 9 — пробка; 10 — сосуд Дьюара
     1.1.10.Геттерные насосы
     Следующий тип насосов поверхностного действия — геттерные (сублимационные) насосы. Принцип их работы основан на поглощении неинертных газов пленками распыляемых активных металлов (геттеров) в результате хемосорбции или создания твердых растворов. [3] В качестве геттеров могут быть использованы различные металлы: барий, титан, молибден, хром, цирконий и другие элементы, образующие устойчивые соединения с низкой упругостью паров со всеми компонентами воздуха, кроме инертных газов. Для распыления геттера используют методы прямого омического нагрева испаряемых проволок, косвенного лучевого нагрева специальным подогревателем, электронной бомбардировки или распыления вакуумной дугой. 
     1.1.11.Магниторазрядные насосы
     Yедостатки гетеро-ионных систем отсутствуют у магнито-разрядных насосов, использующих для ионизации газа так называемый пеннинговский разряд. Ячейка Пеннинга (рис. 12) представляет собой электронную ловушку, образованную, например, цилиндрическим электродом 2 под положительным потенциалом (несколько кВ) и двумя заземленными пластинами 1, перекрывающими торцы цилиндра. Вдоль оси цилиндра приложено магнитное поле с индукцией порядка 0,1 Тл.
     
     Рис. 12. Схема ячейки Пеннинга: 
     1 — торцевые катоды из титана; 2 — цилиндрический анод; В — индукция магнитного поля
     Образовавшийся внутри ячейки электрон в условиях хорошего вакуума вообще не может ее покинуть: его движение в продольном направлении ограничено электрическим полем, а в поперечном — магнитным. Магнитная система насосов по соображениям экономичности и надежности обычно выполняется на постоянных магнитах. [3] Напряженность магнитного поля подбирается таким образом, чтобы радиус спиральной траектории электронов был меньше радиуса анода. При этом общая длина траектории электрона до его попадания на анод сильно увеличивается, что ведет к возрастанию вероятности ионизации остаточных газов. Образующиеся положительные ионы слабо отклоняются магнитным полем и бомбардируют катоды, внедряясь в них (ионная откачка), а выбитые из этих ионов электроны обеспечивают непрерывное пополнение количества электронов в ловушке. [3] Дополнительным источником электронов, необходимых для самоподдерживающегося разряда, является приход их с катодов ячейки, где они рождаются в результате вторичной ионно-электронной эмиссии.
     Пеннинговский разряд стабильно зажигается и поддерживается в широком диапазоне давлений вплоть до 10-11 Торр. Для его возникновения достаточно случайного присутствия в разрядном промежутке нескольких электронов. Распыление титанового катода бомбардирующими его ионами приводит к формированию постоянно обновляемой титановой пленки на окружающих катод электродах. В магниторазрядном насосе при улучшении вакуумных условий ток разряда снижается, что автоматически снижает и скорость распыления катодных пластин. [3]
     
     1.1.12.Криогенные насосы
     Очень эффективную откачку можно получить охлаждением части стенок вакуумной камеры до достаточно низкой температуры. Поскольку внутри вакуумной камеры нет никаких жидкостей, все проблемы, связанные с противотоком рабочих жидкостей насосов и продуктов их разложения, отпадают. Действие криогенного насоса осуществляется при помощи двух следующих механизмов.[8]
     Конденсация. Если давление паров остаточного газа пренебрежимо мало при температуре охлажденной поверхности, то на последней будет конденсироваться большая часть газовых молекул, бомбардирующих эту поверхность, которая, таким образом, действует  как вакуумный насос. На поверхности, охлажденной до температуры жидкого азота(780К), эффективно конденсируются пары воды и двуокись углерода. Для конденсации метана  или кислорода, требуются более холодные поверхности, получаемые при применении жидкого гелия (4,20К). Но даже в этих условиях гелий и водород конденсируются плохо из-за высокой упругости их паров при 4,20К.
     Физическая адсорбция. При достаточно низкой температуре количество газа, которое может адсорбироваться на поверхности, зависит от температуры и состояния поверхности, а также от парциального давления газа в вакуумной камере. Гобсон и Редхед успешно откачивали гелий, погружая пирексовый пальцеобразные отросток вакуумной системы в сосуд Дьюара с жидким гелием. Таким путем они получали давление 10-12 мм рт.ст. Исследуя изотермы адсорбции гелия на очень чистом пирексе при 4,20К, Гобсон пришел к выводу, что монослой адсорбируется при давлении 10-9 мм рт.ст. Однако присутствие на поверхности адсорбированных слоев других газов, таких, как водород или кислород, уменьшает теплоту адсорбции гелия и смещает изотермы адсорбции в область более высоких давлений.[8]
     Предельный вакуум, которого можно достичь, используя криогенные насосы, принципиально ничем не ограничен, кроме предельного давления насыщенных паров. Следовательно, криогенные насосы в состоянии обеспечить высокие скорости откачки в сверхвысоковакуумных системах, которые трудно получить более традиционными методами.Их основной недостаток высокая стоимость хладагента, чрезмерная для большинства применений.[8]
    

1.2.Методы нанесения тонких пленок
     1.2.1 Термическое испарение в вакууме
     Термический метод, который также называют вакуумным испарением, резистивным испарением и т.д., представляет собой испарение вещества с помощью нагрева в вакууме и осаждение его на подложку.[4]
     1.2.1. Вакуумные напылительные установки
      Метод термического испарения это процесс, который использует электрическую энергию для нагрева испаряемого материала до такой температуры, при которой его атомы достаточно быстро испаряются. Получение пленок возможно только при низких давлениях в вакуумных установках. [4][5]Процесс осуществляется в высоком вакууме (до 10-8 Па), что позволяет увеличить длину свободного пробега атомов и получать наиболее чистые пленки. Схема установки показана на рис. 13.
     
     Рис.13. Схема установки вакуумного напыления: 1-испаритель; 2-подложка; 3-рабочая камера; 4-заслонка; 5-затвор; 6-высоковакуумный насос; 7-форбаллон; 8,9-вакуумные вентили; 10-форвакуумный насос.
     В условиях высокого вакуума материал, помещенный в испаритель 1, разогревается и испаряется, в результате чего молекулы вещества движутся к подложке 2, где они конденсируются, образуя пленку. Процесс осуществляется внутри камеры 3, связанной с непрерывно работающей системой откачки воздуха. Вакуумная система состоит из высоковакуумного паромасляного насоса 6 и механического насоса 10. Подключение насосов к рабочей камере осуществляется с помощью вакуумных вентилей по основной и вспомогательной линиям откачки. 
     Откачка рабочей камеры 3 производится через отверстие в рабочей плите установки. На входе паромасляного насоса 6 устанавливаются маслоотражатель и затвор 5, отделяющий входной патрубок насоса от рабочего объема. По основной линии откачка производится следующим образом: рабочая камера 3 — открытый затвор 5 — насос 6 — форбаллон 7 — открытый вентиль 9 — насос 10, а по вспомогательной линии: камера 3 — открытый вентиль 8 — насос 10. При этом вентиль 9 должен быть закрыт. С помощью вспомогательной линии откачки в рабочей камере создается давление порядка 10 Па, необходимое для работы высоковакуумного насоса. Затем вентиль 8 закрывают, открывают вентиль 9 и затвор 5 и дальше производят откачку по основной линии, предварительно включив нагреватель паромасляного насоса. [4]Таким образом, для осуществления процесса термического испарения в вакууме необходимо обеспечить следующие основные условия: достаточно интенсивное испарение материала, направленный молекулярный поток к подложке и конденсацию пара на подложке.[5]
     1.2.2. Формирование молекулярного потока
      Для формирования молекулярного потока условия в пролетном пространстве между испарителем и подложкой должны быть такими, чтобы молекулы испаренного вещества без столкновений с молекулами остаточных газов достигали подложки. Если столкновения часты, то будет мала скорость осаждения пленок, велико подпыление (рис. 14, а).[5] Направленное движение молекул вещества к подложке может быть создано за счет достаточно высокого вакуума и путем соответствующей конфигурации испарителей (рис. 14, б). Для определения условий существования молекулярного потока удобнее характеризовать степень вакуума не давлением остаточных газов p_г , а средней длиной свободного пробега молекул ? ?
     ? ?=?kT?_г/(p_г ????^2 ?2) ,                           (2)
     Где k – постоянная Больцмана;
     T_г – температура газа;
     p_г – давление газа;
     ? – диаметр молекул испаряемого вещества.
     Уже при давлении p_г=?10?^(-2) Па средняя длина свободного пробега составляет 50 см, что превышает реальное расстояние h от испарителя до подложки (обычно не более 20 см).
     
     Рис.14. Осаждение пленок в условиях низкого (а) и высокого (б) вакуума
     Таким образом, для создания прямолинейных траекторий движения молекул вещества в пространстве между испарителем и подложкой необходимо давление остаточного газа порядка 10–2—10–3 Па.
     1.2.3. Испарение вещества
      Переход твердых тел или жидкостей в газообразное состояние называется испарением и может быть рассмотрен на основе положений термодинамики и кинетической теории газа. [5] Особое значение имеет условие термодинамического равновесия, при котором два состояния вещества, например конденсированная фаза (жидкость, твердое вещество) и ее пар, существуют при одной и той же температуре в контакте друг с другом без каких- либо изменений во времени. Это означает, что количество испаренного вещества должно быть равно количеству сконденсированного вещества за все время, пока поддерживается равновесие (состояние насыщения). При этих условиях твердые тела и жидкости характеризуются определенным давлением насыщенных паров p_s, которое зависит только от температуры для данного вещества. На первый взгляд может показаться, что равновесное давление пара не имеет непосредственного отношения к процессу вакуумного испарения, поскольку последний заключается в переходе вещества из одного состояния в другое[6]. 
     Число молекул, обладающих скоростями, достаточными для ухода их в паровое пространство, можно определить из максвелловского распределения, которое показывает, какая доля молекул от всего количества молекул обладает скоростями, лежащими между ? и  ? + d?. Для компоненты скорости , ?_x перпендикулярной к границе раздела, имеем[5]
     dn=n?(m/?2?kT?_u ) exp(-(m?_x^2)/(2kT_u )) ?_x ?d??_x "," (3)
     где n — число молекул в единице объема исходного вещества, м3; 
     m — масса молекулы, кг; 
     k — постоянная Больцмана, Дж/град.; 
     T_u — температура, до которой нагрето вещество, К. 
     Скорость испарения будут определять все молекулы, компонента скорости которых, перпендикулярная к границе раздела, превышает некоторую ?_пр. 
     Они покинут поверхность и перейдут в газовую фазу
     N_u " = n" ?(m/2?kT) ?_(?_пр)^??exp (-(m?_x^2)/2kT) ?_x ?d??_x "= n" ?((kT_u)/2?m) "exp" (-(m?_пр^2)/2kT),    (4)
     где N_u – число молекул, испаренных с единицы площади в единицу времени,  м-2с-1.
     При рассмотрении процесса испарения можно воспользоваться условием термодинамического равновесия, при котором количество испаренных из исходного вещества молекул равно количеству вновь сконденсированных молекул из парового пространства. 
     Однако конденсироваться могут молекулы с нулевой скоростью. Тогда после интегрирования выражения (4) получим
     N_к= n_пара ?((kT_u)/2?m)         (5)
     Воспользуемся уравнением состояния идеального газа
     ?  p?_г=nkT_г,(6)
     где p_г — давление газа, Па; 
     n — число молекул газа в единице объема, м –3; 
     T_г — температура газа, К. 
     Для пространства, занятого паром, уравнение (6) можно записать 
     p_s V= n_пара kT_u             (7)
     Отсюда для единичного объема
     n_пара=p_s/?kT?_u ,(8)
     где T_u — температура, до которой нагрето испаряемое вещество.
      С учетом (8) количество испарившихся молекул будет
     N_u=N_k=  p_s/?(2?mkT_u ).      (9)
     Скорость испарения, т.е. количество вещества, покидающее единицу поверхности испарителя в единицу времени, определяется[5]
     W_u=?mN?_u=p_s ?(m/(2?kT_u ))  , кг/м^2 с.(10)
     

1.2.4.Испарители с резистивным нагревом
     В настоящее время все исследованные материалы и материалы, представляющие интерес для тонкопленочных отражающих покрытий в области вакуумного ультрафиолета, изготовляются с помощью различных способов термического испарения в вакууме. В методах термического испарения вещество нагревается до температуры, при которой начинается его испарение. Существуют три наиболее важных метода, в которых используются проволочные или ленточные нагреватели, индукционный нагрев и нагрев электронной бомбардировкой.[6]
     Для реализации термовакуумного метода используют подогреватели поверхностного типа с резистивным нагревом, конструктивно выполненные в форме спиралей, лент, лодочек, а также испарители тигельного типа с косвенным нагревом. (рис. 15.) [6],[7].
     
     Рис.15.Проволочные испарители
      Испарение металлов с проволочных нагревателей происходит с телесными углами вплоть до 4?, с ленточных оно ограничено телесным углом ?.[7]
      При испарении небольших количеств металла применяют V-образные a, W-образные б, волнообразные в и спиральные г испарители (рис. 15).
     Для изготовления испарителей широко применяется вольфрам в виде нерекристаллизованной вольфрамовой проволоки, которая обладает гибкостью и легко формируется. Максимумом гибкости проволока обладает при нагревании ее до 373 К на газовой горелке. Очистку вольфpaмовых испарителей производят химическим травлением 20%-ном растворе гидpoокиси калия натрия с последующей отмывкой в воде и термообработкой в вакууме. [18]
     Для испарения металл в виде загнутых кусочков проволок или полосок листового материала насаживается на подогреватель (рнс.15, д). При пропускании через него тока кусочки испаряемого материала расплавляются и смачивают подогреватель (рис.15, е. ж). При этом смачивание и поверхностное натяжение удерживают расплавленный металл на поверхности подогревателя. [8]
     При хорошем смачивании материала подогревателя испаренным металлом происходит некоторое взаимодействие между этими веществами. При испарении алюминия с тонких вольфрамовых проволок происходит разрушение подогревателя вследствие образования хрупкого сплава, однако увеличение диаметра проволок более 0,7...1,0 мм и при объеме навески алюминия больше количества испаряемого металла, растворение алюминия не приводит к заметному изменению диаметра подогревателя и его разрушению.[18]
      При недостаточном смачивании испаряемым металлом материала подогревателя используют вспомогательную спираль из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,2...0,25 мм (рис. 15 з,), которую наматывают на подогреватель с шагом 1,5...2 мм.
      На рис.15. к изображен линейный испаритель, представляющий собой толстую проволоку вольфрама или молибдена (d=1,5...2 мм и более), на которую с шагом 1,5..2мм плотно наматывается вспомогательная вольфрамовая  или молибденовая спираль. Проволока испаряемого металла диаметром 0,15мм, скрученная в несколько жил наматывается между витками  вспомогательной спирали на среднюю часть испарителя. Если испаряемый материал в виде порошка, он смешивается со спиртом или  биндером и кисточкой наносится на подогреватель. [9]
     Ддля нанесения толстых слоев тонких пленок используют конструкцию испарителей из параллельно соединенных либо скрученных вольфрамовых проволок. При испарении алюминия используют испарители, состоящие трех-шести проволок диаметром по 0,55…0,75 мм. 
     Проволочные материалы испаряют посредством многожильных испарителей, скрученных в виде жгута или спирали и состоящих из нескольких проволок вольфрама или молибдена, среди которых помещается проволока испаряемого материала (например, три вольфрамовые проволоки диаметром 0,5 мм и одна платиновая проволока того же диаметра).
     Конусообразная вертикально расположенная спираль (рис. 15, л) применяется для испарения металла, который не смачивает материал подогревателя. Спираль может быть окружена дополнительным тепловым экраном (рис. 15, м), который одновременно служит для направления потока испаряемого металла. 
     Для испарения небольших количеств хрома и кадмия предварит.......................