Prepararea filmelor prin pulverizării catodice

Titlul lucrării: filmele obținute prin pulverizare catodică,

Zona de subiect: Fizică

Descriere: sputtering Studiul a condus la utilizarea pe scară largă a acestui fenomen pentru a crea o suprafata foarte curat de tot felul de filme subțiri de metale și aliaje, semiconductori și dielectrici pentru gravarea materialele menționate mai sus, dintre care multe pot fi supuse corodare prin alte metode. Prin urmare, în spațiul întunecat kruksovom spațiu încărcat pozitiv este generat, care conduce la o redistribuire a potențialului de-a lungul tubului și ridica la potențiale cascadei catod. Din punctul de vedere al fizicii descărcării este cel mai important.

Mărime fișier: 107.5 KB

Job descărcat: 32 de persoane.

Activitatea de laborator №2

Filmele obtinute prin pulverizare catodică,

A se vedea procesul de producere a filmelor metalice subțiri prin pulverizare țintă catodice.

Sputtering numita evacuare a gazului de distrugere catod sub influența bombardament de ioni pozitivi.

sputtering Studiul a condus la utilizarea pe scară largă a acestui fenomen pentru a crea o suprafata foarte curat de tot felul de filme subțiri de metale și aliaje, semiconductori și dielectrici, pentru gravarea materialele menționate mai sus, dintre care multe nu pot fi corodate prin alte metode. Uneori se face referire ca sputtering diodă # 151; în funcție de numărul de electrozi.

Diagrama schematică a instalației prezentată în figura 1 ianuarie.

Figura 1. Aparat de acoperire prin pulverizare de acoperire catod:

1 # 150; o cameră de vid;

3 # 150; un scut la pământ;

6 # 150; un anod la pământ;

7 # 150; incalzitor substrat.

Metoda este următoarea. Camera de vacuum care conține un anod și catod este evacuat la o presiune de 10 Pa -4, iar apoi se produce corbelling gaz inert (în mod normal, Ar, la o presiune de 1 Pa). Pentru aprinderea descărcarea luminiscentă între catod și anod tensiunea aplicată de 1-10 kV. Forma depinde de descãrcare

• valorile presiunii gazului
• lungimea diferenței de descărcare,
• geometria electrodului,
• tensiunea aplicată
• descărcare densitatea de curent.

La densități de curent relativ scăzute apar între electrozii unei descărcare luminiscentă este numit. În alte setări curente și de presiune pot apărea deversări, numite avalanșă și arc.

ionii pozitivi ai gazului inert, care este o sursa de plasma cu descărcare luminiscentă sunt accelerate în câmpul electric și bombardează catod, cauzând atomizare acestuia. atomii sputtered ajung la substrat și sunt depozitate ca un film subțire 2.

La presiunea atmosferică, un curent între anod și catod are loc. Dacă scăderea presiunii din tub, apoi la aproximativ 5,3 kPa (40 mm Hg. V.) O descărcare sub forma înfășurării cordonului luminos subțire conectarea la anod la catod. Ca o presiune de scădere a cordonului și se îngroașă la aproximativ 600 Pa (5 mm Hg. V.) Umple întreaga secțiune transversală a tubului # 151; o descărcare luminiscentă este stabilită.

Nivelul Tleyuschny - descărcare electrică independentă într-un gaz la un curent de 10 -6 # 151; 1A având harakgernuyu structură sub formă de segmente alternative de diferite culori luminoase și variația intensității de luminescență. Părțile sale principale sunt prezentate în Fig. 2. Originea acestor secțiuni este explicat caracteristici ale proceselor elementare de ionizare și excitare a atomilor și moleculelor.

La regiunea catod luminiscent se numește catod luminiscență sau film de catod luminos. Între catod și filmul luminos este astonovo spațiu întunecat.

Pe de cealaltă parte a filmului luminos catod este un spațiu întunecat catod (spațiu kruksovo închis), care se caracterizează prin cel mai mare potențial de schimbare.

Aceasta este urmată de o regiune de luminiscență negativă (strălucire luminiscență).

Toate straturile formate deasupra porțiunii catodică a descărcării strălucire. pentru care există întuneric, cu marginile indistincte zona neclară a spațiului întunecat Faraday.

Restul regiunii până în apropierea anodului se numește coloana pozitivă.

Prin scăderea presiunii părții de evacuare a catodului și spațiul întunecat Faraday este extins, iar polul pozitiv este scurtat. La o presiune de aproximativ 133 Pa (1 mm Hg. V.) Polul pozitiv se împarte într-o serie de straturi alternante curbe închise și deschise # 151; striatii.

Figura 2. Aspect (a) și parametrii de distribuție în descărcarea luminiscentă (b-d) la o presiune relativ scăzută:

1. catod,
2. astonovo spațiu închis,
3. catod strălucire
4. catod (kruksovo) spațiu închis,
5. un catod (negativ, mocnit) strălucire,
6. faradeovo spațiu închis,
7. coloana pozitivă,
8. anod strălucire
9. anod spațiu închis,
10. un anod;

b) distribuția intensității emisiei de-a lungul lungimii tubului de evacuare;

c) distribuția potențială de-a lungul lungimii tubului de evacuare;

d) distribuția intensității câmpului de-a lungul lungimii tubului de evacuare,

d) ion (I) și e (II) descărcarea curenților de-a lungul lungimii tubului

Procesele necesare pentru a menține descărcarea luminiscentă să aibă loc în partea sa catod. Partea rămasă a descărcării nu sunt esențiale, ele pot fi chiar omise (cu o mică distanță între electrozi sau la presiune scăzută).

Două procese principale. acest

1. emisia de electroni de la catod, datorită bombardamentului său de ioni pozitivi,
2. Ionizarea cu impact de a moleculelor de gaz.

ionii pozitivi sunt accelerați de potențial catodic picătură bombardează catod și bat electronii din acesta. electroni secundari emiși de la catod la o viteză redusă. În astonovom spațiu întunecat sunt accelerați de câmpul electric. Având dobândit suficientă energie, electronii incep sa excita moleculele de gaz, ca urmare a care un strat subțire luminos numit catodului filmului luminos.

Electronii survolarea fără a coliziunilor la kruksova spațiu întunecat, au energie de mare, astfel încât acestea sunt molecule mai ionizat decat Excite. Astfel, intensitatea emisiilor de gaze scade, dar într-un spațiu întunecat format kruksovom mulți electroni și ioni pozitivi. Ionii rezultate au inițial o viteză foarte mică. Prin urmare, kruksovom spațiu întunecat creat spațiu încărcat pozitiv, ceea ce conduce la o redistribuire a potențialului de-a lungul tubului și ridica la potențiale cascadei catod.

Electronii cauzate de ionizare în spațiu întunecat kruksovom, împreună cu electronii originale pătrund în regiunea luminescenței strălucire, care se caracterizează printr-o concentrație ridicată de electroni și ioni pozitivi și încărcarea totală a spațiului aproape de zero (plasma). Prin urmare, intensitatea câmpului este foarte scăzută # 151; câmp nu accelerează electroni și ioni. Datorita concentratiei mari de ioni și electroni într-o luminiscență strălucire este un proces de recombinare intens însoțită de emisie de energie eliberată în timpul acestei. Astfel, există o strălucire mocnit de cea mai mare parte luminiscenta recombinare.

Din domeniul luminescență strălucire în Faraday electroni spațiu întunecat și ionii pozitivi penetrează datorită difuziei (la limita dintre aceste zone nu există nici un domeniu, dar există un gradient de concentrație mare de electroni și ioni). Datorită unei concentrații mai mici de încărcat probabilitate particulelor de recombinare în spațiul întunecat Faraday scade puternic. Prin urmare, spațiul Faraday și este întunecat.

Spatiul întunecat Faraday este deja disponibil câmp. Implică-te în acest domeniu, electronii se acumulează treptat energie, astfel încât, în cele din urmă sunt condițiile necesare pentru existența plasmei.

pol pozitiv este o plasma de evacuare a gazelor. El joacă rolul unui conductor de conectare la anod la catod porțiunea de descărcare de gestiune.

Dacă reduce treptat distanța dintre electrozi, partea catodică a descărcării rămâne neschimbată, lungimea coloanei pozitive este redusă până când această coloană nu dispare în totalitate. Ulterior dispare Faraday spațiu întunecat și lungimea emisiei strălucire începe să scadă, poziția limită a acestei lumină cu spațiu întunecat kruksovym rămâne neschimbat. Când distanța la anodul frontierei este foarte mică, descărcarea este terminată.

Prin scăderea presiunii descărcării catodului are o pondere tot mai mare a spațiului inter-electrod. La suficient spațiu întunecat de joasă presiune kruksovo rasprostranyaetsya- aproape întreaga celulă. Luminiscența gazului în acest caz nu mai fie vizibile, dar pereții tubului încep să strălucească verzi fluorescente Majoritatea electronilor ejectat de catod și catod accelerat potențial picătură, plutit fără coliziuni de molecule de gaz cu pereții tubului și lovindu-le, cauzele luminiscență. Din motive istorice, fluxul de electroni emiși de catod tubului de evacuare la presiuni foarte scăzute, numite raze catodice. Glow, cauzate de bombardament cu electroni rapizi, numit cathodoluminescence.

Din punctul de vedere al fizicii descărcării este cea mai importantă regiune a spațiului întunecat catodic. procesele de ionizare în spațiul întunecat catodic sunt cruciale pentru descărcarea de întreținere. Aproape toate aplicate la tensiunea de decalaj de descărcare picături pe un spațiu întunecat catod, iar în acest domeniu electronii și pozitiv încărcat de ioni ajunge la viteze mai înalte.

În alte părți ale diferenței de descărcare, electroni și ioni nu se mișcă sub influența unui câmp electric, și prin difuzie. Polul pozitiv de fapt funcționează ca un conductor între anod și regiunea de strălucire negativă.

Ionii ajungând datorită difuziei la limita spațiului întunecat catodic, ea a accelerat rapid și pot afecta pe catod.

Lățimea spațiului întunecat catodic este invers proporțională cu presiunea gazului. Acest lucru se datorează faptului că lățimea regiunii de descărcare corespunde unui anumit număr de coliziuni ale unui electron care trece prin spațiul. Numărul de coliziuni este invers proporțională cu drumul liber al moleculelor, și, prin urmare, valoarea presiunii.

Produsul din lățimea spațiului întunecat catod și presiunea sub alte condiții egale este constantă pentru fiecare gaz.

Energia ionilor izbesc pe catod depinde de valoarea căderii de tensiune pe spațiul întunecat catod și lățimea acesteia.

Ion bombardament cu catod cauzează două efecte:

• sputtering
• emisia de electroni din catod.

emisie de electroni este necesară pentru a menține descărcarea luminiscentă.

Eficiența catodului pulverizare catodică sputtering se caracterizează printr-un coeficient care este egal cu numărul de atomi improscate sub efectul unui singur ion.

Dacă tensiunea de descărcare este aproape de original (defalcare), apoi, în acest caz, suprafața de strălucirea catodului este proporțională cu curentul și schimbarea valorii curentului densitatea curentului rămâne constantă, precum și valoarea tensiunii dintre electrozi. Această descărcare este numită o descărcare normală strălucire.

Prin creșterea curentului de descărcare, întreaga suprafață este acoperită cu catod fluorescent și curentul începe să depindă de tensiunea aplicată. În acest caz, descărcarea se numește descărcare anormală strălucire.

În evacuarea normală strălucire rată sputtering este scăzută. Pentru a spori eficiența sputtering catod este necesară pentru a crește energia ionilor și numărul ionilor izbesc pe catod pe unitatea de timp. Acest lucru se poate realiza efectuarea sputtering într-o descărcare anormală strălucire.

Există mai multe teorii pentru a explica fenomenul de pulverizare. Dintre acestea, cele mai complete si bine explicate prin datele experimentale este teoria impulsului, dezvoltat de Venus. Conform acestei teorii, ionii lovesc catod, incapabil să disloce atomii de la suprafață, și singura cauză în leagăne lor. Aceste vibrații sunt transmise mai eficient în direcția rândurilor cele mai dense ale rețelei cristaline atomice, inclusiv în direcția suprafeței catodului. În consecință, atomul de suprafață poate primi suficientă energie pentru a desprinde de suprafață și se lasă catod.

Pentru obiectivele de metal monocristaline distribuția de unghiuri de emisie atomice apare predominant pe mai multe direcții cristalografice. Ca rezultat, substraturi formează un model caracteristic al substanței pulverizate - la fața locului Venus. Cu cat masa ionilor, cu atât mai adânc pătrund în țintă, și este nevoie de mai puțină energie pentru a extrage atomii de ioni în direcția normală. De aceea, forma de pete stropite Venus pentru diferite ioni de aceeași energie sunt diferite una de alta.

Temperatura bombardat de ioni de cristal este un alt factor care are o influență semnificativă asupra distribuției unghiulare a țintei particulelor ejectate ICH. O creștere a temperaturii duce la o încețoșare de pete, uneori, există pete suplimentare.

O mare influență asupra procesului de pulverizare are o presiune a gazului în camera de evacuare. Creșterea presiunii conduce la o creștere a difuziei din spate a particulelor pulverizate pe țintă datorită ciocnirilor cu moleculele de gaz. Creșterea numărului de coliziuni între ioni și atomii de gaz determină o variație a unghiurilor de incidență a ionilor asupra țintei și scad energia. Acest lucru duce la o reducere a ratei de pulverizare.

Avantajele metodei de pulverizare catodică, în cele ce urmează:

• absența procesului de inerție
• proces la temperatură joasă
• posibilitate de a obține filme de metale-topire înaltă și aliaje (inclusiv multicomponente)
• păstrarea materialului de pornire stoichiometric în timpul pulverizării
• posibilitate de obținere a filmelor de grosime uniformă

Metoda are unele dezavantaje:

• Rata de depunere scăzută (0,3-1 nm / s)
• poluarea film de lucru de gaz datorită funcționării la presiuni ridicate
• grad scăzut de ionizare a materialului depus.

1. Setați instrumentul VUP-5 elemente podkolpachnogo aparat pentru producerea filmelor subtiri prin pulverizare catodică.
2. Rulați aspirarea si pomparea a volumului de lucru.
3. Produce depunerea de film sub îndrumarea profesorului, acordând o atenție la forma descărcării strălucire și fixarea parametrilor de pulverizare # 150; Temperatura substratului, presiunea în camera de vacuum, tensiunea de descărcare și curent.
4. După depunerea, substratul cu filmul pentru a păstra pentru investigații suplimentare.

1. Ceea ce se numește sputtering reactivă?
2. Kikaya model fizic sputtering?
3. Ceea ce se numește coeficientul de dispersie?
4. De ce există o lungime de pulverizare cu ioni de energie de prag?
5. Metoda preimptsesgva bază de pulverizare catodică, înainte de evaporare termică,
6. Ce determină energia ionilor bombardează o țintă sputtering?
7. Ce determină fluxul de ioni pas sputtering țintă?
8. Fie că rata sputtering depinde de materialul de unghiul de incidență al ionilor asupra țintei bombardat kristlllograficheskuyu avionul?
9. Ca o descărcare electrică în sputtering catod?

1. Abroyan IA Bazele Andronov AN „Titov A.I- Fneizhtasms tglsoronnoy tehnologiei ion - Moscova Școala Superioară din 1984.

I. Spray solide Montate bombardament. / Ed. Berisha R. Lane. din limba engleză. Ed. VA Molchanova - Mir, 1988, • S. № - 218.

3. Pleshivtsev NV Catod sputtering. - M.; Atomntdat, 1968. - pp 34-42.