2M LAB: PROGETTO TRICON E LA SORGENTE DI EVAPORAZIONE
Le esigenze specifiche di alcuni laboratori INFM di spettroscopie elettroniche di superficie (in particolare le unita' INFM di Modena e Genova) riguardo alla crescita controllata di film sottili di metalli in UHV (Ultra High Vacuum) hanno portato la sezione F dell' INFM a finanziare un progetto per la ideazione e costruzione di sorgenti di evaporazione per bombardamento elettronico.
La ricerca, svolta prevalentemente a Modena ma in piena collaborazione con l'unita' di Genova e con il Centro Progettazione Strumenti INFM del Sincrotone di Trieste, ha attratto l'interesse del mondo produttivo.
La ditta 2M strumenti di Roma ha stipulato una convenzione quadro con l' INFM per lo sviluppo e realizzazione delle alimentazioni della sorgente di evaporazione.
La sorgente TriCon, in sostanza, consente l'evaporazione da una lunga serie di elementi, sia ad alto che basso punto di fusione, sia conduttori che isolanti, con la possibilita' di calibrare finemente la velocita' di evaporazione, mantenendola costante nel tempo. Tutto questo e' ottenuto con una oculata scelta dei materiali della sorgente e con l'adozione di originali ed innovative scelte tecniche. L'evaporatore e' particolarmente rivolto alla ricerca nella fisica delle superfici, per deposizioni di film sottili dal submonolayer fino ad alti spessori: alla pulizia in UHV, elevato controllo e riproducibilita' delle condizioni di evaporazione, lunga autonomia di funzionamento in UHV, interventi minimi durante l' uso sono le sue caratteristiche principali.
L'elettronica di controllo, realizzata dalla 2M Strumenti, comprende: alimentatore 10V 12A (per filamento caldo), alimentatore 250V-100mA (controllo griglia,degassaggio sorgente), alimentatore HV max 3000v, max 75mA (anodo), controllo di feedback. Certificazione CE.
2M LAB: SISTEMI HIPERCVD:
La 2M Strumenti Srl realizza e commercializza in esclusiva per l'Italia sistemi di deposizione di film sottili da fase vapore della serie HiPerCVD. Questi si basano su un prototipo sviluppato presso il Laboratorio MOCVD del Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione dell'Università di Lecce (Brevetto N. 01304833). In Fig. 1 è riportata una foto del prototipo sviluppato all'Università di Lecce. I sistemi HiPerCVD riguardano camere di reazione CVD ad alte prestazioni per processi di crescita endotermici sia di semiconduttori composti che di ossidi e/o metalli. Tali sistemi sono stati progettati per applicazioni di tipo "custom", ovverosia con caratteristiche adattabili alle specifiche esigenze del processo CVD per il quale se ne richiede l'utilizzo.
Caratteristiche generali:
I sistemi HiPerCVD consentono l'applicazione a processi CVD sia in pressione atmosferica che in bassa pressione. A tal fine la geometria delle camere di reazione è realizzata secondo parametri calcolati su base fluidodinamica per ottenere condizioni di laminarità, assenza di effetti memoria e completo sviluppo termico dei profili di temperatura al suo interno, sia nel caso di utilizzo di H2 che di N2 come gas di trasporto. L'alloggiamento del substrato ne consente la sua rotazione mediante un sistema a cuscino di gas (gas spinning system, GSS) brevettato. Ciò permette di ottenere elevate uniformità laterali del deposito, anche su grandi aree.
Caratteristiche tecniche:
I sistemi HiPerCVD, realizzati in quarzo per semiconduttori, sono costituiti da una camera esterna di contenimento e da una camera interna (liner) che costituisce la camera di reazione vera e propria. Il suscettore porta-substrati (Fig. 2), realizzato in grafite pirolitica densificata, è successivamente rivestito con un coating in carbone vetroso (FABMATE®) adatto all'uso in ambiente riducente. Sia la geometria della camera che il sistema GSS sono stati progettati in modo da essere scalabili su richiesta del cliente per processi CVD su wafer da 1.5", 2" o 3". In Fig. 3 è riportata la frequenza di rotazione del substrato in funzione del flusso di H2 richesto dal sistema GSS (dati per wafer da 1.5") per processi a pressione atmosferica. La camera può essere dotata su richiesta di un sistema di finestre ottiche per l'utilizzo di processi CVD foto-assistiti e/o di sistemi di diagnostica e monitoraggio in-situ di tipo ottico.I sistemi HiPerCVD sono completi di connessioni e flange, comprendenti una porta di accesso per l'estrazione ed il caricamento dei substrati, nonchè di un sistema di riscaldamento a lampade IR (tipo strip-heaters) da 6.5 kW di potenza. Su richiesta del cliente i sistemi possono essere dotati di flange per la connessione ad apparati CVD preesistenti.
Fluido-dinamica HiPerCVD:
l comportamento fluidodinamico del gas all'interno della camera di reazione (liner) è controllato in fase di progetto mediante simulazioni realizzate con codici di fluido-dinamica computazionale. La geometria ottimizzata delle camere HiPerCVD consente di ottenere i risultati illustrati in Fig.4. Per una temperatura di processo di 500 °C ed un flusso di H2 di 2.0 nl/min la geometria delle camere HiPerCVD consente un gradiente di temperatura localizzato in prossimità del substrato, mantenendo al contempo il tetto del liner a temperature inferiori (cold-wall reactor). Il percorso dei filetti di fluido nel liner mostra la piena laminarità del gas in prossimità del substrato.