2. Катодне розпорошування

При бомбардуванні поверхні твердого тіла (катода) позитивними іонами поряд з вторинною іонно-електронною емісією спостерігається також руйнування катода, пов`язане з відривом окремих атомів або груп атомів. Це явище, яке отримало назву катодного розпорошування, прийнято характеризувати коефіцієнтом m, який визначається відношенням числа розпорошених атомів n_а до числа іонів n_p, які впали на досліджувану поверхню за той же час,

(1)

Коефіцієнт катодного розпорошування m залежить від матеріалу катода, природи бомбардуючих іонів та їх енергії Е_p. Типова залежність m від Е_p показана на мал. 2.

Катодне розпорошування починається при енергіях іонів, більших деякого мінімального значення Е_о, і в припороговій області збільшується за лінійним законом

. (2)

Явище катодного розпорошування використовується для напорошування плівок.

Мал.2. Залежність коефіцієнта катодного розпорошування від енергії іона

2.1. Розповсюдження розпорошуваних частинок

Частинки, що залишають катод, потрапляють в об`єм, наповнений інертним робочим газом. Середня швидкість їх залежить від енергії падаючих на катод іонів, тобто від величини катодного падіння. Розподіл за напрямками вильоту підкоряється закону косинуса

, (3)

де n_o - число частинок, що вилітають за одиницю часу по нормалі до поверхні та знаходиться в одиниці тілесного кута, n - число частинок, що вилітають під яким-небудь іншим кутом j по відношенню до нормалі.

Для того щоб різко зменшити втрати за рахунок осідання частинок на стінки посудини, необхідно щоб середня довжина вільного пробігу розпорошуваних частинок була порівняна з відстанню мішень-підкладка. Лише за цих умов інтенсивність розпорошування (на пластинку, розміщену біля границі другого темного простору) стає незалежною від відстані між стінками розрядної камери та катодом.

Одержання тонких плівок методом термічного випаровування

1. Загальні зауваження. Закони Ламберта

Порівняно з катодним розпорошуванням термічне випаровування у вакуумі має дві переваги. По-перше, завдяки відсутності газу чистота отримуваних плівок значно вища, і, по-друге, частинки розпорошуваного матеріалу в цьому випадку створюються не важко контрольованим процесом розряду, а шляхом нагрівання тільки того матеріалу, з якого отримуєтсья шар; це робить більш наочними умови утворення рівномірних шарів. Термічне випаровування принципово може застосовуватись для всіх твердих речовин.

Для одержання шарів в принципі може застосовуватись будь-яка посудина, відкачана до достатньо високого вакууму. Вакуум повинен бути таким, щоб розпорошувані атоми не зтикалися з молекулами залишкових газів при русі до підкладки, щоб їх траєкторії на всьому шляху були прямолінійними. Згідно кінетичної теорії газів середня довжина вільного пробігу молекул з діаметром s дорівнює

(4)

де N - число молекул газу в 1 см³ . Якщо, наприклад, діаметр молекули s=3×10^-8 см; N=2.7×10¹⁹ при 0 ^°С і тиску 760 мм рт.ст. (число Лошмідта), то довжина вільного пробігу при атмосферному тиску дорівнює ~10^-5 см, а при тиску 10^-4 мм рт.ст. ~10 см. Таким чином, для одержання шарів шляхом випаровування необхідний вакуум ~10^-4 мм рт.ст.

В цьому випадку розпорошувані атоми поширюються прямолінійно, і якщо випаровування не ускладнюється забрудненням поверхні джерела, вони підкоряються обом законам Ламберта:

1. Інтенсивність випаровування під кутом j відносно нормалі до поверхні випаровування пропорційна cosj (закон косинуса).

2. Опромінювання, в цьому випадку, - кількість атомів металу, які падають за 1 с на одиницю поверхні, у випадку точкового джерела обернено пропорційне квадрату відстані від джерела до поверхні.

Під час випаровування вакуум часто погіршується, через те що внаслідок сильного нагрівання, а також внаслідок бомбардування частин апаратури розпорошуваними атомами можуть виділятись гази, які раніш адсорбувались на них або ж які знаходились у вигляді сполук, що легко розпадаються при нагріванні. Ці гази осідають переважно на підкладку, забруднюючи шар. На цю обставину необхідно звертати особливу увагу, і перш за все перед одержанням шару відкачану до високого вакууму апаратуру слід прогрівати на протязі деякого часу при температурах значно вищих за робочі.

Враховуючи прямолінійне поширення випаровуваних атомів та справедливість законів Ламберта, принципово можливі дві конструкції джерел випаровування, які забезпечують отримання шарів, однорідних за товщиною. Або випаровуюча поверхня джерела, у крайньому разі, дорівнює поверхні шару, що наноситься, і обидві поверхні розміщують по можливості ближче одна до другої, або застосовують точкове джерело і підкладку розміщують на такій відстані, щоб поверхню кулі, радіус якої дорівнює відстані від джерела до підкладки, можна було б розглядати з необхідною точністю як плоску.