15. Плазмова технологія осадження плівок

Якщо мова йде про металічні плівки, то можна зробити наступним чином. Беремо вакуумний об’єм, заповнюємо його галогенідом металу (сполукою фтору, брому, йоду чи хлору з металом), пускаємо розряд. Внаслідок цього метал осідає на поверхні у вигляді плівки, а галоген потім відкачуємо.

Я кщо ж мова йде про іншу муть, то тут усе складніше. Наприклад, для алмазу ось так. Молекула метану, що сідає на спіраль, може дисоціювати, з’являються вільні атоми, які сідають на молібденову підкладку. На поверхні буде все підряд: сажа (80%), графіт, зародки алмазу. Тримають це все десь добу, після чого викачують метан і напускають речовину, яка б знищила сажу і графіт. Це може бути водень H₂ або речовини типу С_хН_у (гази або рідини). Водень теж частково продисоціює на спіралі, утворяться вільні атоми і піде реакція. Оскільки алмаз дуже інертний, з ним ніщо реагувати не буде. Але цей спосіб відрізняється малою швидкістю зростання плівок.

Японці запропонували зразу подавати суміш СН₄/Н₂ у співвідношенні 0.05/0.95. Водень одразу виїдає сажу. Процес росту плівок пішов швидше.

16. Ударно-випромінювальна рекомбінація

Рекомбінація – це процес, зворотний до іонізації. Вона супроводжується об’єднанням електронів та іонів і утворенням у результаті цього нейтральних атомів. Оскільки при такому процесі повинні виконуватися закони збереження енергії та імпульсу, то при об’єднанні іона та електрона в атом виділяється енергія W=W_i+W_kin, де W_kin – зміна кінетичної енергії системи частинок. Для того, щоб рекомбінація відбулася, потрібен деякий агент, який виносив би надлишкову енергію. В ролі такого агента звичайно виступає фотон або електрон.

Ударно-випромінювальна рекомбінація – це тричастинковий процес. У ньому беруть участь два електрони й іон, в результаті утворюється нейтральний атом та електрон з більшою кінетичною енергією.

Якщо в результаті потрійного зіткнення один з електронів відразу переходить в основний стан,

,

то ймовірність такого процесу виявляється дуже малою. Значно більш імовірними є захоплення електрона на один з верхніх рівнів і утворення збудженого атома:

.

Потрапивши в поле притягання іона і віддавши надлишок енергії другому електрону, електрон „закручується” навколо іона і переходить у зв’язаний стан прямо зі своєї прицільної віддалі. Але утворений таким чином атом є дуже нестабільним. Тому далі він повинен перейти в основний стан. Такий перехід відбувається послідовно на все нижчі рівні.

Спробуємо оцінити залежність ефективного перерізу розсіювання від деяких параметрів. Його можна записати у такому вигляді

, де b – відстань, між частинками, Р – ймовірність того, що процес відбудеться.

, – концентрація електронів.

Як бачимо такий процес найбільш імовірний за великих . Нехай - найменша відстань, на якій починається процес, тоді

Підставляємо у формулу для ефективного перерізу, маємо

Число актів рекомбінації в 1 см³ за 1 с буде

= - коефіцієнт рекомбінації

Підставивши далі можна отримати

.

Експеримент видає таке значення з точністю до двійки. Це формула Пітаєвського. Саме цей процес в газорозрядній плазмі основний (в молекулярних газах є ще більш швидкий процес).