1.3.4. Метод импульсно-плазменного испарения (ипи)

Высокий уровень ионизации паров испаряемого материала ( ~30% ) позволяет дополнительно управлять энергетикой процесса введением источника, ускоряющего или замедляющего ионы.

Особенностью метода получения пленок с помощью лазерного испарения, описанного ранее, является высокая импульсная скорость напыления, которая примерно на 3 порядка превышает скорость термического напыления и на 4-5 порядков - ионно-плазменного. Если воспользоваться возможностью добавления в энергию лазерного излучения дополнительной энергии, то эффект лазерного воздействия можно значительно усилить (см. стр.49, 66, 68).

Конструктивно это выполняется следующим образом: на металлическую мишень, изолированную от корпуса, подается отрицательное напряжение, а между мишенью и подложкой помещают охлаждаемый анод, выполненный в виде кольца. Тогда под воздействием электрического поля в продуктах лазерного испарения при отлете от мишени происходит мощная ионизация. Положительные ионы испаряющегося металла возвращаются вновь к мишени, ускоряясь полем, и бомбардируют мишень, выбивая новые атомы. Такой процесс продолжается довольно долго, постепенно затухая. Так, при длительности лазерного импульса _и = 10^-8 с, время жизни плазмы составляет примерно ~10^-4 с, а область взаимодействия ионов с мишенью по сравнению с пятном сфокусированного излучения увеличивается на много порядков.

Некоторая часть выбитых из мишени атомов в нейтральном состоянии достигает подложки, образуя пленку. При этом средняя скорость напыления при сохранении порядка импульсной скорости, характерной для чисто лазерного напыления ( ~10⁴ нм/с), возрастает более чем в 100 раз. Таким образом, прикладывая электрическое поле, мы значительно увеличиваем толщину слоя, образующегося за каждый импульс лазерного излучения при сохранении особенностей, характерных для лазерного испарения и определяемых высокой импульсной скоростью напыления.

Недостатком всех рассмотренных выше способов управления энергетикой испарения путем сочетания разных методов является большой разброс испаренных частиц по энергиям, который колеблется от 10 до 1000 эВ. В связи с этим возникает задача создания энергомонохроматических источников испарения и датчиков контроля уровня энергии испаренных частиц.

По сравнению с магнетронным и электронно-лучевым способами метод лазерного импульсного испарения имеет в несколько раз меньшую производительность, что объясняется низкой средней скоростью из-за большой скважности импульсов. Увеличить же производительность можно путем увеличения площади испарения при сохранении плотности мощности излучения, а также увеличением частоты излучения.

В то же время привлекают к себе внимание неоспоримые преимущества, присущие лазерному методу испарения: сохранение стехиометрического состава испаряемого вещества при переносе его на подложку, высокие импульсные скорости осаждения при возможности регулирования в широком диапазоне энергии частиц пара.