ДЗ / 7

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 № 14

Выполнил студент
Преподаватель Доцент кафедры МИТ		Мельник В.И.

Санкт-Петербург

2025

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:

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

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

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

4. 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);

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

Исходные данные:

М1	М2	J	S	d
Ta	Ag	10-4	1,0	12

	Ta	Ag
М, г/моль	180,95	107,87
ρ, г/см³	16,69	10,49

Скорость распыления мишени:

(1)

Расчет времени непрерывной работы мишени:

(2)

Расчет скорости роста пленки на подложке:

(3)

По формулам (1) и (3) рассчитаем скорость распыления мишени и скорость роста пленки на подложке.

Материал	V (нм/с)	(нм/с)
Ta	0,11237	0,05618
Ag	0,10658	0,05329

Таблица 1. Скорости распыления ионов аргона и мишеней Ta и Ag при ионно-плазменном напылении.

По формуле (2) рассчитаем время непрерывной работы мишени.

Материал	дни	годы
Ta	1236	3,39
Ag	1303	3,57

Таблица 2. Расчет времени непрерывной работы мишени.

Выводы:

1) Скорость распыления Ta немного выше, чем Ag. Скорость распыления пропорциональна не просто массе атома (молярной массе), а молярному объему . У Ta больший молярный объем, соответственно при равном числе выбиваемых атомов толщина будет больше.

2) J – плотность ионного тока, она прямо пропорциональна числу пришедших ионов в единицу площадь. Ее увеличение приводит к линейному увеличению скорости.

S – выход распыления. Зависит от энергии ионов, массы иона (тяжелые лучше передают импульс), угла падения и связей в материале. Для увеличения S можно увеличить ускоряющее напряжение, использовать более тяжелый рабочий газ, подобрать угол падения.

3) Теоретически их хватит на долгие годы (3 года), но в реальных условиях будут побочные факторы, уменьшающие это время.

4) Плюсы: высокая управляемость процессом, возможность точной настройки толщины и качества.

Минусы: низкая эффективность (много материала оседает на стенках), большие технологические потери, долгое время для покрытие больший площадей.

5) Для увеличения скорости осаждения можно использовать более тяжёлый рабочий газ (Kr, Xe) или повысить напряжение на мишени/подложке (но контролировать нагрев и повреждения).

Для улучшения переноса на подложку (увеличить долю, попадающую на подложку) можно уменьшать рассеяние газа (понизить давление), уменьшить расстояние мишень-подложка, оптимизировать геометрию и магнитное поле.

Если нужна высокая степень чистоты и минимальная стертость пленки — использовать низкоэнергетическое распыление и/или подогрев подложки для улучшения кристаллизации.