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Zirconium Zr Evaporation Process Notes


Zirconium (Zr) General Information

Zirkonium ist im Periodensystem als Übergangsmetall eingestuft. Es hat eine Dichte von 6,49 g/cm³, einen Schmelzpunkt von 1.852 °C und einen Dampfdruck von 10-4 Torr bei 1.987 °C. Es ist silberweiß und wird aufgrund seiner Neigung zur Korrosionsbeständigkeit stark in der chemischen Industrie eingesetzt. Zirkonium findet man in chirurgischen Geräten, supraleitenden Magneten und der Umhüllung von Kernreaktoren. Es wird auch als Legierungsmittel für Stahl verwendet. Seine Verbindung, Zirkonoxid, ist oft ein Ersatz für Diamanten in Schmuck. Zirkonium, zusammen mit seinen Legierungen und Verbindungen, wird unter Vakuum für optische Beschichtungen, Halbleiter und Datenspeicher verdampft.

Zirconium Zr Specifications

WerkstofftypZirkonium
SymbolZr
Atomares Gewicht91,224
Ordnungszahl40
Farbe und AussehenSilbrig weiß, metallisch
Wärmeleitfähigkeit22,7 W/m.K
Schmelzpunkt (°C)1.852
Wärmeausdehnungskoeffizient5,7 x 10-6/K
Theoretische Dichte (g/cm³)6,49
SputterGleichspannung
Max. Leistungsdichte*
(Watt/Quadratzoll)
50*
Art des BondingIndium, Elastomer
Z-Verhältnis0,6
ElektronenstrahlExzellent
Thermische Verdampfungstechniken Schiffchen:  W
Temp. (°C) für gegebenen Dampfdruck Druck (Torr) 10-8:  1.477
10-6:  1.702
10-4:  1.987
Exportkontrolle (ECCN) 1C234
BemerkungenLegiert mit Wolfram. Dünnfilme oxidieren sofort.

* Dies ist eine Empfehlung, die auf unserer Erfahrung mit diesen Materialien in KJLC-Sputterkanonen basiert. Die Raten basieren auf nicht-gebondeten Targets und sind materialspezifisch. Gebondete Targets sollten mit geringerer Leistung betrieben werden, um ein Versagen des Bondings zu vermeiden. Gebondete Targets sollten je nach Material mit 20 Watt/Quadratzoll oder niedriger betrieben werden.

Z-Faktoren

Empirische Bestimmung des Z-Faktors

Leider sind der Z-Faktor und das Schubmodul für viele Werkstoffe nicht ohne weiteres verfügbar. In diesem Fall kann der Z-Faktor auch empirisch unter Verwendung der folgenden Verfahren bestimmt werden:

  • Legen Sie den Werkstoff ab, bis die Lebensdauer des Kristalls bei 50 % oder kurz vor dem Ende der Lebensdauer des Kristalls liegt, je nachdem, was früher eintritt.
  • Legen Sie ein neues Substrat neben den verwendeten Quarzsensor.
  • Stellen Sie die QCM Dichte auf den kalibrierten Wert ein; Werkzeug auf 100 %.
  • Nehmen Sie eine Null-Kalibrierung der Schichtdickenmessung vor.
  • Dampfen Sie ungefähr 1000 bis 5000 A des Werkstoffs auf das Substrat auf.
  • Verwenden Sie ein Profilometer oder Interferometer, um die tatsächliche Dicke der Substratschicht zu messen.
  • Stellen Sie den Z-Faktor des Instruments ein, bis der korrekte Dickenwert angezeigt wird.

Eine weitere Alternative besteht darin, die Kristalle häufig zu wechseln und den Fehler zu ignorieren. Die folgende Grafik zeigt den %-Fehler in der Rate bzw. Dicke bei Verwendung des falschen Z-Faktors. Bei einem Kristall mit einer Lebensdauer von 90 % ist der Fehler vernachlässigbar, selbst für große Fehler in dem programmierten gegenüber dem tatsächlichen Z-Faktor.

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