1. В чем заключается механизм и каковы характеристики физического распыления поверхности ионами инертных газов?

В основе ИЛТ лежат процессы физического распыления материала поверхности ионами инертных газов, бомбардирующими поверхность, т. е. распыление осуществляется за счет упругих столкновений, приводящих к выбиванию атомов из равновесных положений. Выбивание атома из поверхностного слоя материала происходит либо путем прямого столкновения между ионом и атомом поверхности, либо путем передачи поверхностному атому кинетической энергии из глубины материала за счет каскада последовательных столкновений между атомами материала. В первом случае атом материала может покинуть поверхность (распылиться) за единичное столкновение или после небольшого числа упругих столкновений с соседними поверхностными атомами. Во втором случае выбивание из равновесных состояний атомов материала начинается на некоторой ее глубине. Выбитые атомы получают энергию, достаточную для выбивания рядом расположенных вторичных и т. д. атомов, часть которых может достичь поверхности материала и преодолеть поверхностный барьер. Такой механизм физического распыления получил название каскадного механизма.

ИЛТ начинается, когда энергия ионов E_и превысит некоторое значение пороговой энергии распыления (E_пор). Значение Е_пор слабо зависит от масс сталкивающихся частиц и для широкого круга материалов лежит в диапазоне 10–35 эВ. При Е_и < Е_пор ионы не производят распыление. Если на поверхности материала присутствуют адсорбированные инородные частицы и химические соединения, то в результате ионной бомбардировки происходят их десорбция и химические превращения (например, рекомбинация, ассоциация или полимеризация).

2. Какие ограничения илт при травлении рельефных поверхностей и травлении через маску?

Процессы ИЛТ обладают рядом ограничений при травлении рельефных поверхностей и травлении через маску. К таким ограничениям относится переосаждение распыляемого материала. Процесс переосаждения увеличивается с повышением плотности рельефных элементов (ступенек, канавок и т. д.) на подложке.

Вторым ограничением является неравномерность травления при использовании масок. Отражение ионов от боковых стенок маски или созданного ранее рельефа приводит к усилению травления поверхности подложки около основания маски или границы рельефа.

Третьим ограничением является высокий уровень теплового и радиационного воздействия на обрабатываемые структуры, что приводит к изменению электрофизических и химических свойств диэлектриков и др.

3. Принцип работы ионного источника на базе уас (ускоритель с анодным слоем)?

Такой источник работает на принципе вытягивания ионов из плазмы самостоятельного тлеющего разряда, горящего в скрещенных электрическом и магнитном полях в газовой среде. Возможный диапазон напряжения горения разряда 500 – 5000 В, диапазон давлений аргона 0,1 - 1 Па. Ионы разрядного газа, в данном случае ионы аргона, вытягиваются электрическим полем через кольцевую или прямоугольную щель в катоде и имеют соответственно энергию 0,5 – 5 кэВ. Плотность ионного тока до 10 мА/см². Преимущество такого источника – относительная простота, недостаток – кольцевая или прямоугольная форма ионного пучка. В качестве рабочего газа можно использовать и другие газы, например, кислород, азот, углеродсодержащие газы. В таком случае, поток ионов источника будет содержать молекулярные и атомные иона применяемого газа. Для целей ИЛТ используются только инертные газа.

4. Каким образом измеряется скорость распыления материалов? От чего зависит величина скорости?

v=d/t

Лабораторная работа №5.

Ионно-плазменная (магнетронная) технология нанесения пленочных покрытий. Ее применение для процесса нанесения пленок металлов.

1. Принцип работы магнетронных распылительных систем?

Рис.1. Структура магнетронной распылительной системы.

Принцип работы магнетронных распылительных систем основан на физическом распылении материала мишени (катода) в тлеющем газовом разряде в скрещенном электрическом и магнитном полях. Особенности функционирования магнетронных распылительных систем (МРС): наличие скрещенных электрического и магнитного полей; локализация электронов в области катода (обусловлено максимальной напряженностью магнитного и электрического полей в области катода); увеличение степени ионизации плазмы разряда за счет увеличения длины траектории электронов.

2. Из каких условий выбирается величина индукции магнитного поля распылителя?

При наложении на плазму разряда магнитного поля (рис.1) в области катода возникают зоны со скрещенными магнитным и электрическим полем. Величина магнитного поля выбирается из условия: ларморовский (циклотронный) радиус вращения электронов значительно меньше расстояния катод – анод. Это соответствует индукции магнитного поля 0,02 – 0,08 Т. Электроны плазмы, а также электроны, эмитированные из катода в результате ион-электронной эмиссии, попадают в ловушку. Троектория их движения к аноду резко увеличивается. Это приводит к возрастанию числа электрон-атомных столкновений и в результате к возрастанию степени ионизации (числа ионов и электронов) и возбуждения плазмы в зонах скрещенных полей. В итоге возрастает ионный поток на катод, скорость распыления катода и скорость осаждения покрытия.