真空蒸着

質問

専門家の方には基本的な質問で申し訳ございません。
化学のカテゴリに掲載させていただきましたが、こちらのほうがデバイスの内容は適切だと言うご指摘をうけ、こちらにも掲載させていただきました。

現在、有機物の膜を積層したデバイスを作成しています。
ITO透明電極上に、無機半導体、有機膜数層を積層し、対極に金を真空蒸着でつけています。真空蒸着装置は、抵抗加熱型のもので、タングステンのバスケットに金のワイヤーを切ったものをいれ、加熱して蒸着しています。膜厚は40-100 nm程度です。

アルミニウムで作成したときには、ショートはしませんが、金で行うとすべてオーミックな応答を示す、つまりショートした状態になっています。
このような状況を回避する方法はなにかご存知ありませんでしょうか。

よろしくおねがいいたします。

回答No.3

kenojisan

真空蒸着は専門ですが、デバイス系では無いのでそれほど自信のある回答では無いですが。
金を蒸着する下地層の物質が何かが重要だと思います。もし、金との反応性の高い物質だと、既にアドバイスされている基板冷却が一つの解決法ですが、私が主に行っている金属、セラミックス系膜の場合、室温基板（と言っても蒸着源からの輻射熱で100℃ぐらいにはなりますが）で金と10nm以上も反応する物質は思いつきませんねー。
反応性で言うなら、むしろアルミの方が大きいはずですし。
もう一つの可能性は、下地膜が実はあまり平坦ではなく、基板のITOが露出しかけている部分が多くあった。しかし、アルミは酸化物との反応性が高く、蒸着界面に数nm程度の稠密で強固な酸化アルミ被膜を形成します。この被膜は良好な絶縁障壁となるので、低電圧でI-V測定すると、ノンオーミックな特性が出やすいはずです。
一方、金ではそのような被膜は形成されないので、通常のオーミックな特性になってしまったのかも知れません。
基板冷却の方法としては、熱伝導性の良い金属で中空構造の基板ホルダーを作って液体導入の金属パイプを溶接orロウ付けするか、基板ホルダーの背面に液体導入のパイプを熱接触良くロウ付けします。
液体導入パイプは、金属フランジを経由して真空装置の外へ取り出します。室温程度を保つなら冷却水を、室温以下なら液体窒素を蒸着前に注入し、基板ヒーターの併用で一定温度に保つのが良くやる方法です。
このような工作を真空漏れ無く行うのは素人には難しいので、真空部品の工作が出来る業者に依頼することになると思います。

お礼

ご回答有難うございます。

酸化皮膜の形成が関係しているとのご指摘有難うございました。
下層との関係について検討を行いたいと思います。
また、基板冷却についてのご助言も有難うございました。本格的な工作になりそうですので、まずは他の点から検討をさせていただきたいと思います。

回答No.2

tomo_momo

たびたびおじゃまします。

あのバスケットじゃなくて、蒸着される基盤をひやすことはできないのでしょうか？　バスケットは、当然金の融点よりは温度を上げなければならないのは当然として、でも蒸着されたあとの拡散だとすると、基盤温度をさげればいいのではないかと、素人考えでまちがってるかもしれませんが。

お礼

再度回答をいただき有難うございます。

ご指摘いただいたのは、基板温度を下げれば、熱拡散の速度が低下するということでしょうか。基板を冷やす方法にはどんなものがあるのでしょうか。われわれは加熱する手段はあるのですが、冷却する手段の検討がつきません。

回答No.1

tomo_momo

まず　自分は専門家ではありません。
でもこれって、金原子が熱拡散して、ショートしてるってことなんでしょうか？　もしそうだとしたら、金を蒸着するとき　温度を下げてみたりはできないんでしょうかね？

お礼

回答有難うございます。

その可能性も考え、バスケットの加熱温度を徐々に上げて行ったのが、バスケットへの電流値20Aで、40nmでした。
われわれが用いている装置には金を加熱する部分の温度を測るシステムがございませんので、具体的に何度かはわかりません。しかし、金が融解するまで、目視で確認できる蒸着はおこりませんので、金の融点付近の温度かと思われます。

熱拡散について、私自身も勉強してみます。