Лабораторная работа №2.
1. Сущность технологии термического нанесения пленок?
Сущность термического нанесения пленочных покрытий заключается в том, что исходный материал (из которого требуется сформировать пленку) нагревают в высоком вакууме до температуры, близкой, но ниже температуры кипения, при которой достигается интенсивное испарение материала.
Образованный паровой поток конденсируется на поверхности подложки. Нагрев исходного материала обычно проводят в тиглях (лодочках или испарителях), сделанных из тугоплавких металлов или их соединений.
2. Источники нагрева вещества при термическом нанесении пленок?
В зависимости от того, каким способом осуществляется нагрев, термическое нанесение делят на резистивное, индукционное, электронно-лучевое и лазерное. При резистивном нанесении используется джоулев нагрев путем пропускания тока через тигель, при индукционном – путем помещения тигля в ВЧ индуктор, при электронно-лучевом и лазерном – путем нагрева поверхности исходного материала сфокусированным электронным и лазерным лучом соответственно.
3. Что такое адгезия покрытий? Каковы причины относительно низкой адгезии при термическом нанесении пленок?
Адгезия покрытий – это физическая величина, показывающая величину сцепления покрытия с подложкой. Адгезия определяется как сила, необходимая для отрыва единицы площади покрытия и измеряется в Па. Причина низкой адгезии покрытий к ряду металлов (свинец, алюминий, цинк) кроется в слабой когезионной прочности оксидов этих металлов, которые всегда содержатся на их поверхности.
Лабораторная работа №3.
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.
2. 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.
3. Каким образом измеряется скорость распыления материалов? От чего зависит величина скорости?
Физическое распыление материалов количественно характеризуется коэффициентом распыления (S), который определяется как среднее число атомов, удаляемых с поверхности одним падающим ионом. Так как S – статистическая величина, она может выражаться и дробным числом. Значение S зависит от многих параметров проведения процесса распыления, в частности от энергии ионов, распыляемого материала, угла падения ионов на поверхность, температуры поверхности и чистоты ее обработки, состава и давления газовой среды, в которой проводится процесс распыления.
vтр = kjиS,
где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от атомной массы и плотности распыляемого материала. Очевидно, для достижения максимальных vтр необходимо проводить процесс таким образом, чтобы обеспечить максимальные значения величин jи и S.
4. Какова причина существенного различия в скорости распыления металла и его оксида?
Существенное влияние на коэффициент распыления оказывают активные газы и пары (O2, CO, CO2, N2, H2O, углеводороды), содержащиеся в остаточной среде рабочей камеры после ее откачки вакуумными насосами, а также азот и кислород, попадающие в камеру из-за микротечей в рабочей камере и системе подачи газа. Резко снижается коэффициент распыления металлов по причине образования на их поверхности оксидов, нитридов и карбидов. Например, коэффициент распыления Al ионами Ar снижается на порядок при росте парциального давления кислорода от 10-4 до 10-1 Па. Увеличение парциального давления O2 снижает коэффициент распыления SiO2 и Si. Пары воды и CO2, диссоциируя в плазме разряда, выделяют кислород, поэтому их влияние аналогично влиянию чистого кислорода. Присутствие CO приводит к небольшому росту S металлов и SiO2, очевидно, из-за связывания остаточного кислорода с образованием CO2. В то же время присутствие O2, CO2, паров воды приводит к росту коэффициента распыления резистивной маски, следовательно, к ухудшению селективности травления через такую маску