конт1 / ЭИПТ-2

Общие положения

Элионные (электронные, ионные и плазменные) технологии базируются на физических явлениях взаимодействия высокоэнергетических электронных, ионных, оптических и рентгеновских пучков, а также газоразрядной плазмы с поверхностью твердого тела.

Вкачестве "инструмента" используются остросфокусированные электронные, ионные,

атомарные, оптические, рентгеновские пучки, газоразрядная плазма, а также мощные электрические и магнитные поля с помощью которых и обрабатывают изделия, и измеряют их размеры, и контролируют свойства, и диагностируют параметры, и управляют технологическими процессом и оборудованием.

Для создания структур с соизмеримыми атомным размерами предназначена нанотехнология – новая ступень развития электронных, ионных и плазменных технологий.

Впроцессах обработки материалов потоками заряженных частиц в вакууме применительно к задачам электронных технологий различают три фазы:

1. Формирование потоков частиц (электронов, ионов, атомов, молекул) с приданием им необходимой энергии и плотности;

2. Пролет частиц от источника до мишени (энергомассоперенос) с выполнением разнообразных процессов модификации потоков: ускорения, фокусирования, сканирования, нейтрализации заряда;

3. Взаимодействие потоков с поверхностью – обрабатываемым или контролируемым материалом с выполнением заданных технологических функций.

2.Характеристики пучков атомных частиц

* Максимальные значения энергии и плотности мощности атомарного пучка, а также минимальный размер обработки относятся к ионному пучку с нейтрализованным зарядом.

Формирование потоков частиц

Оптические пучки, используемые в элионных технологиях для засветки фоторезиста, испарения материалов при нанесении тонких пленок, подгонки тонкопленочных резисторов и других операций, формируются с помощью твердотельных и газовых лазеров.

Рентгеновские лучи используются в рентгенолитографии, аналитическом оборудовании и формируются с помощью рентгеновских трубок или синхротрона.

Формирование потоков электронов осуществляется с помощью электронных пушек:

a – с термоэмиссионным катодом из вольфрамовой проволоки; b – типа Броерса с катодом из гексаборида лантана с косвенным подогревом; c – автоэмиссионный источник с электростатической фокусирующей системой; d – автоэмиссионный источник с магнитной линзой и двумя анодами; 1 – катод; 2 – управляющий электрод; 3 – анод; 4 – нить подогрева; 5 – экран; 6 – второй анод

,

Физические принципы эмиссии электронов

,

Важнейшей характеристикой источника электронов является его яркость

= I/( S),

где I – ток эмиссии; S - площадь эмиттирующей поверхности; - телесный угол, в который происходит эмиссия.

Сила тока зависит от материала катода и механизма эмиссии. Плотность тока термоэмиссии j0 можно рассчитать по следующей формуле

j0 AT2 (1 r)exp kTe eE

где A=120 А.см-2К-2 – константа Ричардсона; T - температура эмиттера, К; r - коэффициент отражения от потенциального барьера; e - заряд электрона; e - работа выхода электрона; k - постоянная Больцмана; E - напряженность электрического поля, В/м. Для W катода – до 10 А/см2, для LaB6 – более 50 А/см2.

Общая формула для определения плотности тока автоэлектронной эмиссии из металлов, полученная из теории Фаулера-Нордгейма, учитывающая силы изображения

где Е – напряженность электрического поля у поверхности эмиттера, В/см, φ – работа выхода, эВ, θ(y) – табулированная функция Нордгейма.

Из физики известно, что поверхностная плотность заряда на проводнике сложной формы всегда принимает наибольшее значение на заострении. В силу того, что напряженность электрического поля пропорциональна поверхностной плотности заряда:

E / 0

где σ – поверхностная плотность заряда, ε0 = 8,85·10-12 Кл/(В·м) – электрическая постоянная, то и напряженность электрического поля будет особенно велика возле участков с малым радиусом кривизны, т.е. у заострений.

Основными способами формирования атомарных и молекулярных пучков являются: термическое и дуговое испарение, испарение взрывом, ионное распыление, а также, получение ионных пучков из

газовой фазы с последующей нейтрализацией.

ТП

Испарение диэлектриков и полупроводников может происходить: без диссоциации (SiO, MgF2); с

диссоциацией (при Т >1800 К практически все диссоциируют, а при Т>Ти+(200...400)К без диссоциации испаряются MgO, Al2O3, BeO, SiO2, ThO2); с разложением, когда химический состав пара не соответствует испаряемому веществу (Ag2S, CuJ, WC, CrN, Cr2O3, Fe2O3, AIIIBV).

или Vг с помощью изменения давления газа pг в широком диапазоне – от 1Е-5 до 1Е5 Па: