Практика ИДЗ / фомнэ7

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

Кафедра Микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры (МИТ)

ДЗ № 7

По дисциплине «ФОМНЭ»

Вариант № 4

Выполнил студент гр. фыв		фыв
Преподаватель Доцент кафедры МИТ		фыв

Санкт-Петербург

фыв

Задание:

Рассчитать скорость распыления мишеней V при ионно-плазменном напылении для ионов аргона и мишеней М₁ и М₂ для плотности тока J (А/см²) и коэффициента распыления S. Рассчитайте и сделайте выводы:

• сравните скорости распыления мишеней между собой и соотнесите с параметрами атомов распыляемого материала мишени, сделайте вывод;

• оцените влияние параметров J и S на процесс ИПВН, что они «олицетворяют» и от чего они физически зависят, если можно их изменить, то как;

• сколько времени может непрерывно использоваться мишени М₁ и М₂ толщиной d (мм) в режиме вашего варианта, сделайте выводы;

• примем, что на подложке скорость роста пленки в два раза медленнее, чем скорость распыления материала мишени, оцените скорость роста пленки, сделайте выводы (что хорошо и что плохо, почему вы так это оцениваете);

• Включите фантазию и сделайте дополнительные выводы (в разумных пределах).

Исходные данные:

№	ФИ	М1	М2	J, А/см2	S	d, мм
4	фыв	Ta	Au	10-4	1,0	15

Решение:

Для Ta:

Для Au:

Предположим, что на подложке осядет 50% распыляемого материала мишени. Пленку толщиной 100 нм при эффективности 50% и при полученной скорости удастся напылить за время:

Для Ta:

Для Au:

Вывод:

структуры мишени (зависит от энергии сублимации).Плотность тока

ионов J влияет на количество ионов, попадающих на мишень, и,

следовательно, при большей плотности увеличивается скорость

распыления.

3. Оценива продолжительность непрерывного использования мишеней

толщиной 12 мм, можно отметить, что мишень из алюминия в заданном

режиме может использоваться порядка 355 лет непрерывно, а мишень

из серебра – 365 лет. Мишени такого размера такого размера хватит на

очень большое время, сильно превышающее время реально

предусмотренного использования.

4. Пленку тощиной 100 нм при эффективности 50% при полученной

скорости удается напылить для мишени из алюминия за 3205 минут, а

мишени из серебра за 3115 минут. Данная скорость является

неприемлемой для промышленных целей. Чем меньше скорость, тем

однороднее получается пленка

5. К преимуществам метода ионно - плазменного распыления относятся:

●Мишень представляет собой длительно не заменяемый источник,

что облегчает автоматизацию, повышает однородность процесса;

●Обеспечивается высокая адгезия пленки к подложке благодаря

большой энергии конденсирующихся атомов;

●Можно получать органические пленки;

●Потери материала минимизированы, т.к. весь процесс происходит

промежутке между мишенью и подложкой, исключая осаждение вещества в

объеме камеры, как это имеет место в методе ТВН.

К недостаткам метода ИПВН можно отнести

●Относительно низкие скорости нанесения пленок, лежащие в

интервале 0,5-300 нм/мин.

●Более высокая загрязненность пленок, из-за использования

низкого вакуума

структуры мишени (зависит от энергии сублимации).Плотность тока

ионов J влияет на количество ионов, попадающих на мишень, и,

следовательно, при большей плотности увеличивается скорость

распыления.

3. Оценива продолжительность непрерывного использования мишеней

толщиной 12 мм, можно отметить, что мишень из алюминия в заданном

режиме может использоваться порядка 355 лет непрерывно, а мишень

из серебра – 365 лет. Мишени такого размера такого размера хватит на

очень большое время, сильно превышающее время реально

предусмотренного использования.

4. Пленку тощиной 100 нм при эффективности 50% при полученной

скорости удается напылить для мишени из алюминия за 3205 минут, а

мишени из серебра за 3115 минут. Данная скорость является

неприемлемой для промышленных целей. Чем меньше скорость, тем

однороднее получается пленка

5. К преимуществам метода ионно - плазменного распыления относятся:

●Мишень представляет собой длительно не заменяемый источник,

что облегчает автоматизацию, повышает однородность процесса;

●Обеспечивается высокая адгезия пленки к подложке благодаря

большой энергии конденсирующихся атомов;

●Можно получать органические пленки;

●Потери материала минимизированы, т.к. весь процесс происходит

промежутке между мишенью и подложкой, исключая осаждение вещества в

объеме камеры, как это имеет место в методе ТВН.

К недостаткам метода ИПВН можно отнести

●Относительно низкие скорости нанесения пленок, лежащие в

интервале 0,5-300 нм/мин.

●Более высокая загрязненность пленок, из-за использования

низкого вакуума

Скорость распыления при ионно-плазменном распылении зависит от таких параметров, как материал мишени, плотности подаваемого тока и коэффициента распыления.

1. Размер атома влияет на скорость распыления. Чем больше радиус атома вещества, тем больше будет скорость распыления:

Радиус атома тантала - 220 пм, _Ta = 0,113 нм/c

Радиус атома золота - 166 пм, _Au = 0,106 нм/c

В нашем случае это подтверждается тем, что скорость распыления для

атома алюминия больше, чем скорость распыления для атома никеля.

2. На скорость распыления мишеней влияют такие параметры как

плотность тока ионов J и коэффициент распыления S. Скорость

распыления прямо пропорционально зависит от таких параметров как J

и S.

Коэффициент распыления S определяет число атомов вещества,

которые выбиты из мишени одним ионом. Коэффициент распыления

зависит от массы бомбардирующих ионов (чем ближе масса атома

распыляемого иона к атому мишени, тем выше коэффициент

распыления), их энергии, угла падения ионов и кристаллической

структуры мишени (зависит от энергии сублимации). Чтобы его увеличить надо повысить энергию ионов инертного газа или изменить угол падения ионов.

Плотность тока ионов J влияет на количество ионов, падающих на мишень. А значит с увеличением числа бомбардирующих ионов растёт количество выбитых из мишени частиц вещества. Она зависит от энергии и количества ионов инертного газа через единицу площади. И, следовательно, при большей плотности увеличивается скорость распыления. Увеличить плотность тока можно путем увеличения рабочего напряжения или изменения давления инертного газа.

3. Оценивая продолжительность непрерывного использования мишеней толщиной 15 мм, можно заметить, что мишень из тантала может прослужить около 2,4 лет, в то время как мишень из золота — около 3,74 лет в заданных условиях. Эти мишени обеспечивают значительно большую эксплуатацию, чем фактический срок их использования. Учитывая характеристики полученных от мишеней пленок, можно сделать прогнозы для дальнейшего напыления пленок.

4. Пленку толщиной 100 нм при эффективности 50% при полученной

скорости удается напылить для мишени из алюминия за 29,5 минуты, а

мишени из никеля за 32 минуты. Данная скорость является

приемлемой для промышленных целей. Чем меньше скорость, тем

однороднее получается пленка

5. К преимуществам метода ионно - плазменного распыления относятся:

• Мишень представляет собой длительно не заменяемый источник, что облегчает автоматизацию, повышает однородность процесса;

• Обеспечивается высокая адгезия пленки к подложке благодаря

большой энергии конденсирующихся атомов;

• Можно получать органические пленки;

• Потери материала минимизированы, т.к. весь процесс происходит в промежутке мишень-подложка, исключая осаждение вещества в объеме камеры, как это имеет место в методе ТВН.

К недостаткам метода ИПВН можно отнести:

• Относительно низкие скорости нанесения пленок, лежащие в интервале 0,5-300 нм/мин.

• Более высокая загрязненность пленок, из-за использования низкого вакуума.