2.3. Применение процессов взаимодействия нч с поверхностью

2.3.1. Технологии нанесения пленочных покрытий.

В зависимости от используемых источников НЧ методы нанесения пленок делятся на: химическое осаждение из газовой фазы с температурной стимуляцией, термические, ионно-лучевые, ионно-плазменные, плазмохимические (или химическое осаждение из газовой фазы с плазменной стимуляцией). Описание этих методов представлено в разделе 5.

2.3.2. Эпитаксиальное наращивание.

Это процесс нанесения (выращивания) монокристаллической пленки на монокристаллической подложке. Материал подложки играет роль затравочного кристалла. Для того, чтобы мигрирующие атомы встраивались в узлы решетки необходимо:

• увеличить скорость миграции путем повышения температуры подложки;

• снизить поток частиц на поверхность и тем самым исключить «замуровывание» частиц вне узлов решетки.

Например, эпитаксиальное выращивание Si проводится химическим осаждением из газовой фазы при Т = 1000 – 1400С, скоростях роста пленки от 1 до 10 мкм/мин и давлении 1атм и ниже.

2.3.3. Окисление, азотирование и карбидизация поверхности.

Процессы основаны на химической адсорбции кислорода, паров воды, азота и углеродсодержащих газов (СnHm). В данных технологиях используются в основном плазменные или термические источники НЧ. Перемещение границы раздела между материалом поверхности и окислом (карбидом, нитридом) этого материала происходит за счет диффузии физически адсорбированных частиц потока НЧ.

2.3.4. Радикальное травление (РТ) поверхностных слоев.

РТ основано на процессе химического распыления (травления) поверхности при образовании летучих соединений. Подробно метод описан в разделе 7.

2.3.5. Получение вакуума (вакуумные насосы).

Испарительные и магниторазрядные вакуумные насосы работают на принципе хемосорбции НЧ воздуха нагретыми поверхностями Ti, Zr, Ta, Mo, W, Hf, Er, которые имеют относительно малую величину энергии активации химической адсорбции. Получаемое давление остаточного воздуха в вакуумных камерах от 10^-2 до 10^-8 Па. Криогенные насосы используют явление физической адсорбции с переходом адсорбированного слоя в жидкое или твердое состояние. Для увеличения скорости откачки и количества адсорбированного газа используют развитые поверхности (активированный уголь, цеолиты, силикагель, алюмосиликаты) и низкие температуры поверхностей (ниже температуры кипения НЧ воздуха при атмосферном давлении. Минимальное давление остаточного воздуха таких насосов 10^-11 Па.

Раздел 3.Взаимодействие ионов с поверхностью твердого тела

3.1. Источники ионных потоков.

3.1.1. Источник Кауфмана.

Такой источник называют также многопучковый ионный источник (МИИ). Принцип работы основан на вытягивании ионов из плазмы несамостоятельного тлеющего разряда в газе при давлении 10^-1 – 10^-2 Па и напряжении 20 – 100 В через сетку, которая содержит до 1000 отверстий. Характеристики ионного потока: энергия ионов Е₀ = 0,5 – 3 кэВ, диаметр потока до 30 см, плотность ионного тока до 1,5 мА/см². Состав потока – атомные, молекулярные и радикальные ионы рабочего газа.

3.1.2. Дуговой источник.

Он является модификацией МИИ. Отличие заключается в использовании несамостоятельного слаботочного (единицы ампер) дугового разряда при давлении 1 – 10 Па. Вместо сеток установлены экраны с одним отверстием. Рабочим веществом могут служить как газы, так и пары легкоплавкий металлов и пары материала катода. Плотность ионного тока до 100 мА/см².

3.1.3. Источник 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. Напряжение горения разряда 500 – 3000 В, давление газа 0,1 - 1 Па.

3.1.4. Полевые зондовые источники.

Предназначены для создания точечных ионных источников, что позволяет сфокусировать ионный луч в диаметр микронного размера. Разновидности таких источников: жидкопленочный (жидкометаллический) и адсорбционный. Принцип работы источника сводится к испарению и автоионизации (безстолкновительная ионизация в сильном электрическом поле напряженностью 10⁸ – 10⁹ В/см) атомов расплава. Такая напряженность создается благодаря малому радиусу закругления (5–10 мкм) острия иглы. Эмиссионный ионный ток источника от 1 до 10 мкА. Адсорбционного источника содержит иглу-эмиттер, охлаждаемую жидким азотом. Рабочее вещество (газы и пары жидкостей) подается через трубку к острию иглы. Принцип работы источника сводится к физической адсорбции, последующей автоионизации в области острия и вытягиванию ионов электрическим полем. Ионный ток источника порядка 0,1 мкА.