Реферат: Електронно-променеві випарники

Іонне розпилення, руйнування негативного електрода (катода) у газовому розряді під дією ударів позитивних іонів. У більше широкому змісті - руйнування твердої речовини при його бомбардуванні зарядженими або нейтральними частками.

К.р., з одного боку, небажане явище, що зменшує термін служби електровакуумних приладів; з ін. сторони, К.р. має практичне застосування для очищення поверхонь, виявлення структури речовини (іонне травлення), нанесення тонких плівок, для одержання спрямованих молекулярних пучків і т.д. іони, Що Бомбардують, проникаючи в глиб мішені, викликають зсув її атомів. Ці зміщені атоми, у свою чергу, можуть викликати нові зсуви й т.д. Частина атомів при цьому досягає поверхні речовини й виходить за її межі. За певних умов частки можуть залишати поверхня мішені у вигляді іонів. У монокристалах найбільш сприятливі умови для виходу часток складаються в напрямках, де щільність упакування атомів найбільша. У цих напрямках утворяться ланцюжки зіткнень (фокусони), за допомогою яких енергія й імпульс зміщених часток передаються з найменшими втратами. Істотну роль при К.р. грає процес іонів, що визначає глибину їхнього проникнення в мішень К.р. спостерігається при енергії іонів E вище деякої величини E0, називаним порогом К.р. Значення E0 для різних елементів коливаються від одиниць до декількох десятків ев. Кількісно К.р. характеризується коефіцієнтом розпилення S, рівним числу атомів, вибитих одним іоном. Поблизу порога S дуже мало (10-5 атомів/іон), а при оптимальних умовах S досягає декількох десятків. Величина S не залежить від тиску газу при малих тисках р < 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. ст), але при р > 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. див) відбувається зменшення S за рахунок збільшення числа часток, що осаджуються назад на поверхню. На величину S впливають як властивості іонів, що бомбардують, - їхня енергія Ei (Малюнок 3 а), маса Mi (Малюнок 3 б), кут падіння її на мішень (Малюнок 3 в), так і властивості речовини, що розпорошується - чистота поверхні, температура, кристалічна структура, маса атомів мішені.

Кутовий розподіл часток, що вилітають із поверхні, що, анизотропно. Воно залежить від енергії іонів, а для монокристаллов також від типу кристалічної решітки й будови грані. Осад з речовини, що розпорошується, що утвориться на екрані, має вигляд окремих плям, причому симетрія картини осаду та ж, що й симетрії грані, що, і результати, що утворилися на ній у результаті К.р. фігур травлення (Малюнок 3 г). Енергії часток коливаються від декількох часток ев до величин порядку енергії первинних іонів. Середні енергії часток, що розпорошуються, становлять звичайно десятки ев і залежать від властивостей матеріалу мішені й характеристик іонного пучка

електронний променевий випарник розпилення

Високочастотне розпилення. Реактивне розпилення

Для високочастотного й реактивного іонного розпилення використовують як звичайні діодні, так і магнетронні системи.

Високочастотне розпилення почали застосовувати, коли треба було наносити діелектричні плівки. У попередній главі передбачалося, що речовина - метал. При цьому іон, що вдаряється об мішень, робочого газу нейтралізується на ній і вертається у вакуумний об'єм робочої камери.

а)

б)

в)

г)

Малюнок 3 а-г

Якщо матеріал, що розпороли - діелектрик, то позитивні іони не нейтралізуються й за короткий проміжок часу після подачі негативного потенціалу покривають шаром мішень, створюючи на її поверхні позитивний заряд. Поле цього заряду компенсує первісне поле мішені, що перебуває під негативним потенціалом, і подальше розпилення стає неможливим, тому що іони з розряди але притягаються до мішені.

Для того щоб забезпечити розпилення діелектричної мішені, доводиться нейтралізувати позитивний заряд на її поверхні подачею високочастотного (ВЧ) змінного потенціалу. При цьому в системі розпилення, що являє собою систему (Малюнок 4, а, б) з катодом 2, оточеним екраном 1 (анодом може служити вакуумна камера), відбуваються наступні процеси.

Тому що в плазмі позитивного стовпа 4 утримуються рівні кількості іолов і електронів, при змінній поляризації мішені по час негативного напівперіоду (Малюнок 5, а) вона притягає іони 3. Прискорені іони бомбардують і розпорошують діелектричну мішень, одночасно передаючи їй свій заряд. При цьому мішень накопичує позитивний заряд і інтенсивність розпилення починає знижуватися. Під час позитивного напівперіоду (Малюнок 5, б) мішень притягає електрони 5, які нейтралізують заряд іонів, перетворюючи їх у молекули 6. У наступні негативний і позитивний напівперіоди процеси повторюються й т.д.

У промислових установках ВЧ розпилення ведеться на єдиній дозволеній частоті 13,56 Мгц, що перебуває в діапазоні радіозв'язку. Тому іноді ВЧ розпилення називають радіочастотним.

Реактивне розпилення застосовують для нанесення плівок хімічних сполук (оксидів, нітридів). Необхідну хімічну сполуку одержують, підбираючи матеріал. При цьому методі в робочу камеру в процесі розпилення вводять дозована кількість так званих реактивних (хімічно активних) газів. Причому для нанесення плівок оксидів і нітридів у робочий газ - аргон - додають відповідно кисень і азот. Основними умовами при одержанні необхідних сполук є ретельне очищення реагентів і відсутність натікання, а також в камері.

Малюнок 4. Схеми високочастотного розпилення при негативному (а) і позитивному (б) напівперіодах напруги: 7 - екран, 2 - катод, 3 - іони, 4 - плазма, 5 - електрони, б - молекули

Недолік реактивного розпилення - можливість осадження сполук на катоді, що істотно зменшує швидкість росту плівки.

При реактивному розпиленні реакції можуть протікати як на мішені, так і в зростаючій плівці, що залежить від співвідношень реактивного газу й аргону. Під час відсутності аргону реакції відбуваються на мішені. При цьому розряд протікає в'януло, тому що більшість атомів реактивного газу витрачається на утворення на поверхні мішені сполук, які перешкоджають розпиленню. Щоб реактивні процеси проходили на подложке, кількість реактивного газу не повинне перевищувати 10%; інше становить аргон.

При реактивному розпиленні кремнію кисень, що напускається в робочу камеру, взаємодіє з атомами, що конденсують на поверхні подложки, кремнію, у результаті чого утвориться плівка SiO2.

При нанесенні реактивним розпиленням діелектричних плівок нітриду кремнію Si3N4 відбувається аналогічний процес. У робочу камеру напускають ретельно осушений і очищений від кисню аргон з добавкою азоту. Іони цих газів, бомбардуючи кремнієвий катод, вибивають із нього атоми кремнію й на подложке внаслідок великої хімічної активності іонізованих атомів азоту утвориться плівка нітриду кремнію Si3N4, що відрізняється високою хімічною стійкістю.

Тому що умови реакції при нанесенні діелектричних плівок істотно залежать від сталості в робочому газі процентного вмісту реактивного газу, що напускається, необхідно строго стежити за його подачею. Напуск газів у робочу камеру звичайно роблять двома способами:

уводять обидва гази (аргон і реактивний) з магістралей або балонів, контролюючи витрату реактивного газу мікровитратоміром і підтримуючи постійний тиск;