Билет № 12,13 ионное распыление

При бомбардировке поверхности твердого тела отдельными атомами, ионами или молекулами, имеющими энергию, большую энергии связи атомов тела, материал мишени распыляется. Если поблизости от нее поместить подложку, то часть атомов распыляемой мишени попадает на подложку и конденсируется, образуя пленку.

Для бомбардировки мишени удобно использовать заряженные частицы ионы, так как их легко разгонять до нужной энергии в электрическом поле. Иногда для распыления мишени применяют специальные источники ионных пучков, в которых ионы отсортированы по массам и имеют одну и ту же энергию. Но чаще в качестве источника ионов используется газоразрядная плазма, из которой положительные ионы вытягиваются отрицательно заряженной мишенью. Такой способ распыления называют ионно-плазаменным. Рассмотрим его более подробно.

Ионно-плазменное распыление.

Энергия ионов, попадающих на мишень, определяется в основном разностью потенциалов, пройденной ионом на последней длине свободного пробега перед мишенью, так как ранее приобретенную энергию он практически полностью теряет в столкновениях с атомами газа. Из-за статистического характера процессов соударения частиц всегда существует большой разброс длин свободного . пробега; так что энергия ионов, падающих на мишень, имеет существенный разброс и ионы падают на мишень под разными углами и т. д. Поэтому процесс ионно-плазменного распыления, в котором эффекты собственно ионного распыления и явления в газовом разряде тесно переплетены, исследовать труднее, чем распыление ионными пучками.

Рис. 3. Зависимость коэффи­циента рас­пыления Кр от энер­гии Ея ускоренных ионов ар­гона

Основным параметром, характеризующим процесс распыления, является коэффициент распыления Кр, равный числу выбитых атомов. приходящихся на один ион, упавший на мишень. На рис. 3 в качестве примера показана зависимость Кр от энергии бомбардирующих ионов Еи для меди. Заметное распыление начинается лишь с некоторых пороговых энергий Епор и резко растет при дальнейшем .увеличении Еи, пока не достигает максимума при Еи =Emax-Последующее увеличение Еи „ вызывает падение Кр. Напыление пленок ведут обычно в области, показанной на рис. 3 штриховкой.

Такую зависимость Кр.( Еи) можно объяснить следующим образом. Для отрыва атома от поверхности мишени необходима определенная энергия, и до тех пор, пока ионы ею не обладают, они не способны вызывать распыление. Ионы, обладающие более высокой энергией, проникают внутрь мишени на тем большую глубину, чем выше их энергия. На своем пути они смещают атомы мишени, сообщая им энергию, достаточную для подхода к поверхности и отрыва от нее. С ростом энергии ионов растет число атомов, способных покинуть мишень. Поэтому па первых порах Кр. растет с ростом Еи Однако увеличивается и глубина проникновения ионов в мишень, вследствие чего не все атомы, получившие от иона большую энергию, выходят из мишени. Часть из них при движении к поверхности растрачивает свою энергию при столкновениях с другими атомами. Относительная доля таких атомов увеличивается по мере роста глубины проникновения ионов, т. е. по мере увеличения их энергии, Поэтому, начиная с некоторой энергии Emax-дальнейшее ее увеличение приводит к падению Кр. Положительные ионы образуются в газе в результате ионизации атомов электронным ударом. Процесс ионизации состоит в том, что электрон, сталкиваясь с атомом, отрывает от него электрон. Дляэтого необходимо, чтобы сталкивающийся электрон имел энергию •выше энергии ионизации атома. В разряде на постоянном токе электроны непрерывно поступают из катода в газоразрядный промежуток. По пути к аноду они разгоняются электрическим полем, ионизируют атомы газа в камере и вместе с вновь образовавшимися электронами, также ионизирующими газ, уходят на анод. Электроны могут также рассеиваться на атомах газа, попадать .на стенки камеры и оседать на них, так как эти стенки являются обычно непроводящими. Под отрицательным потенциалом оказывается и любой металлический электрод, не соединенный внешней цепью с источником питания «плавающий» электрод). Положительно заряженные ионы, обладая в тысячи раз большей массой по сравнению с электронами, являются частицами малоподвижными. Они медленно дрейфуют в электрическом поле и собираются отрицательно заряженными электродами или попадают на стенки камеры, где рекомбинируют с электронами.Иногда в напылительной камере создают продольное магнитное поле, параллельное электрическому полю между катодом и анодом. Это поле закручивает траектории электронов, летящих по направлению к стенкам, и тем самым предотвращает накопление на них отрицательного заряда и дрейф к стенкам положительных ионов.