РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Модификация вакуумной установки ВУП - 5 для конденсации слоев CsI(Tl)
Для получения образцов пленок сцинтиллятора CsI(Tl) был использован вакуумный
универсальный пост ВУП-5 (Рис. 2.1а). Минимальное давление откачки создаваемое
ВУП-5 - 1.3•10-4 Ра (1.1•10-6 мм рт.ст.) удовлетворяло необходимым требованиям
вакуумной конденсации, кроме того, его конструкционные особенности позволили
разместить внутри рабочего объема необходимую оснастку для конденсации пленок.
Для достижения остаточного давления (1.3•10-2 – 1.3•10-4) Ра в ВУП-5
использована классическая вакуумная система с применением механического насоса
для получения предварительного вакуума и паромасляного высоковакуумного
насоса.
Оснастка, необходимая для вакуумной конденсации слоев сцинтиллятора CsI(Tl),
была разработана и изготовлена самостоятельно. Это было обусловлено
невозможностью применения стандартной оснастки рабочего объема вакуумной
установки для решения поставленных задач.
Внутри рабочего объема ВУП-5 были смонтированы (Рис. 2.1 б): испаритель,
представляющий собой резистивно-нагреваемый алундовый тигель; заслонка,
приводимая в действие электромагнитом; резистивно-нагреваемый держатель
подложки; устройство измерения скорости конденсации (кварцевый резонатор), к
тиглю испарителя и держателю подложки подведены термопары для измерения
температур.
Рис. 2.1. Общий вид установки для конденсации слоев CsI(Tl) (а), смонтированная
внутри рабочего объема вакуумной установки оснастка для напыления (б).
Использование резистивно-нагреваемого алундового тигля вместо применяемых
обычно прямонакальных лодочек объясняется следующим: во-первых,
конденсированные слои CsI(Tl) имеют большую толщину (от 30 до 250 мкм) и
напыление должно проводиться без разгерметизации рабочего объема, что делает
необходимым наличие достаточного количества испаряемого материала.
Использование тигля вместо лодочки позволяет загружать и испарять количество
вещества, необходимое для получения требуемой толщины; во-вторых, использование
сопел различного диаметра, которые располагаются в верхней части испарителя,
позволяет изменять геометрию напыления и поперечное сечение потока частиц
испаряемого материала, что отражается на скорости конденсации частиц на
подложку.
Расположенная над испарителем заслонка, приводимая в действие электромагнитом,
обеспечивает поступления потока испаряемых частиц материала навески на
поверхность подложки только тогда, когда достигнуты требуемые температуры
испарителя и подложки.
Над заслонкой и испарителем располагается держатель подложки. Его
конструктивная особенность заключается в наличии крупного медного блока, в
котором расположен нагревательный элемент. Такая конструкция обладает
инерционностью, что очень важно для поддержания заданной температуры подложки в
процессе напыления. Сама подложка крепится к медному блоку при помощи
проволочных креплений, расположенных на подложкодержателе. Спай термопары
вставлен в специально просверленное отверстие в медном блоке, что позволяет
измерять температуру, как самого медного блока, так и оценивать температуру
подложки.
В процессе конденсации важно оценивать скорость, с которой идет рост пленки на
поверхности подложки. Для такой оценки был установлен кварцевый резонатор.
Предварительно кварцевый резонатор был откалиброван, то есть, была
конденсирована пленка и измерено уменьшение частоты колебаний кварца в процессе
напыления. После чего, измерив толщину полученной пленки на растровом
электронном микроскопе, получили соответствие между изменением частоты
колебаний кварца и толщиной конденсированной пленки, зная время напыления путем
расчетов можно оценить и скорость конденсации.
Для автоматизации процесса конденсации слоев CsI(Tl) ВУП-5 был сопряжен с
компьютером. Компьютер через интерфейсное устройство получал данные о
температурах тигля испарителя и подложкодержателя, а также данные об изменении
частоты колебаний кварца. Обрабатывая полученные данные, компьютерная
программа, используя определенный алгоритм, корректировала температуру подложки
и скорость конденсации, согласно предварительно заданным параметрам.
2.2. Выбор материала подложек и их подготовка
Выбор подложек обусловлен многими факторами, такими как: 1) совместимость
кристаллической структуры, т.е. симметрии кристалла, ориентации и параметров
решетки; 2) отсутствие поверхностных нарушений и ступеней сколов; 3) химическая
инертность при температуре осаждения; и 4) совместимость коэффициентов
термического расширения материалов пленки и подложки. Как отмечается в
литературе [39-42], важными факторами являются ориентация подложки, морфология
и чистота поверхности. Морфология поверхности – присутствие на ней ступенек и
микрограней – может оказать непосредственное влияние на ориентацию растущей
пленки. Считается [39], что идеальная поверхность должна быть совершенно
плоской, гладкой и свободной от структурных дефектов. Она также должна быть
свободной и от химических примесей, таких как окисные слои. Обычно для
выращивания пленок используется поверхность скола монокристалла: такая
поверхность является приближением к идеально гладкой поверхности. Однако она
уже имеет ступенчатую структуру, область между ступеньками имеет атомарно
гладкую поверхность.
Для конденсации слоев CsI(Tl) были использованы два типа подложек –
монокристаллические и аморфные. В качестве монокристаллических подложек были
использованы сколы (100) монокристаллов LiF и NaF. Выбор монокристаллов LiF и
NaF
- Київ+380960830922