АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Ионно-лучевое и ионно-плазменное распыление

Читайте также:
  1. Катодное распыление.

Если эффект испарения вещества связан с общим или локальным его разогревом, то распыление – это явление передачи момента импульса от налетающей частицы частицам поверхности мишени в результате серии последовательных столкновений с последующим отрывом атомов или молекул и переводом (инжекцией) распыленных атомов в газовую фазу или в вакуум (Рис.2.2).

а) б) в)

Рис.2.2. Схемы принципа ионного распыления-напыления (а) (Sputtering Gas – распылительный газ; Sputtering Taget – распылительная мишень; Sustrate and film growth – подложка и формиролвание пленки) и механизмов распыления атомов мишени (б) (Sputtered atom – распыляемый атом) и (в).

При ионно-лучевом или ионно-плазменном распылении поверхность мишени бомбардируют пучком ионов, имеющих энергию, превышающую энергию связи атомов мишени. В физических методах для бомбардировки, как правило, используют ионы благородных газов, в частности, аргона Ar+, имеющего массу, достаточную для распыления, и характеризующегося относительно малой стоимостью. Ионы аргона легко разгоняются до нужной энергии в электрическом поле и они химически инертны.

Характер взаимодействия бомбардирующих ионов с поверхностью твердого тела определяется их энергией (Рис.2.3).

Рис.2.3. Общая схема взаимодействия ионов с твердой поверхностью.

При энергиях, меньших энергии связи атомов в кристаллической решетке мишени, т.е. меньше 5 эВ, воздействие бомбардирующих ионов ограничивается физически адсорбированными слоями мишени, вызывая их десорбцию. При кинетических энергиях бомбардирующих ионов, превышающих энергию связи атомов в кристаллической решетке мишени, происходит разрушение приповерхностного слоя и выброс атомов в газовую фазу или вакуум (распыление). Минимальная энергия ионов, приводящая к выбиванию атомов с поверхности, называется пороговой энергией распыления. Значение ее находится в интервале энергий от 15 до 30 эВ. Важной характеристикой процессаионного распыления служит коэффициент распыления, определяемый количеством атомов, выбитых с бомбардируемой поверхности падающим ионом. При возрастании энергии бомбардирующих ионов свыше 100 эВ коэффициент распыления резко увеличивается и в области 5-10 кэВ выходит на насыщение. Дальнейшее повышение кинетической энергии свыше 100 кэВ приводит к снижению распыления, вызванному радиационными эффектами и внедрениями бомбардирующих ионов в кристаллическую решетку мишени (ионной имплантацией). Передача импульса от падающих ионов происходит в первых атомных слоях решетки. Например, при бомбардировке поверхности поликристаллической меди ионами аргона с энергией 1000 эВ глубина проникновения равнялась трем атомным слоям.

В установках для ионного распыления поток распыленных атомов создается либо в результате бомбардировки ионами плазменного разряда поверхности напыляемого материала, находящегося под отрицательным потенциалом или являющегося катодом тлеющего разряда (ионно-плазменное распыление), либо за счет бомбардировки ускоренными ионами, эмитированными автономным источником - ионной пушкой (ионно-лучевое распыление).

В технология ионно-лучевого распыления обычно используются пучки ионов с энергией порядка 1000 эВ, что обеспечивает поддержание низкой температуры подложки и ограничивает ее радиационное повреждение. При энергии свыше 1000 кэВ ионы проникают так глубоко, что лишь небольшое количество поверхностных атомов распыляется, и коэффициент распыления уменьшается. При этом удается наносит прецизионные нанослойные покрытия с высокой плотностью и низкой шероховатостью, причем стехиометрия формируемого покрытия идентична мишени. Дополнительными преимуществами технологии ионно-лучевого распыления являются возможность проведения реактивных и нереактивных процессов в одной камере без переналадки (например, из мишени Si можно получать покрытия Si, SiO2, Si3N4), возможность нанесения покрытий на термочувствительные полимерные подложки, так как процесс нанесения характеризуется низкими температурами (до 900С). Кроме того возможен перенос материалов мишени сложного состава на подложку без изменения их свойств.

Коэффициент распыления зависит не только от природы бомбардирующих ионов, но и от природы материала мишени (распыляемого элемента - его положением в периодической системе и обратно пропорционален теплоте сублимации. Такие металлы как палладий, платина, золото имеют сравнительно высокий коэффициент распыления, тогда как углерод, титан и тантал – низкий.
Используются установки ионно-лучевого распыления, содержащие два ионных источника: источник ионов с холодным полым катодом на основе самостоятельного двухкаскадного разряда низкого давления для распыления мишеней и источник ионов Кауфмана холловского типа с открытым торцом для создания ассистирующего потока низкоэнергетических ионов. Ионно-лучевое распыление является методом анизотропного распыления с очень высоким разрешением, который обеспечивает хорошее качество покрытий, воспроизводимость и вносит минимальное загрязнение.
В некоторых методах испарения обработку ионным лучом подложки используют для улучшения качества формируемого покрытия. В этом случае ионная пушка, генерирующая ионы с энергией порядка нескольких кэВ, применяется в сочетании с испарительным источником. Ионы инертных газов структуру и состав наносимой пленки, делая ее более прочной и устойчивой к различным воздействиям.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)