Магнетронное напыление

курсовая работа

1.6 Столкновительный характер движения атомных частиц (ионов) в газе

Рассмотрение процесса ионного распыления в газовом разряде не будет полным, если не упомянем о столкновительном характере движения ионов в слое пространственного заряда около мишени, а также распылённых частиц и отражённых атомов (нейтрализовавшихся ионов) в газе в направлении подложки.

Ионы, попадающие на мишень, т.е. на катод, ускоряются в прикатодном слое положительного пространственного заряда. Этот слой также называют тёмным катодным пространством, поскольку газ в нём светится намного слабее, чем в разрядной плазме. Слой автоматически образуется около катода в любом разряде из-за малой подвижности ионов, и он обеспечивает ускорение не только ионов, но и катодных электронов в обратном направлении. Падение напряжения на этом слое примерно равно разрядному напряжению U, и если ионы при своём движении не сталкиваются с газовыми молекулами, их энергия на катоде равна qU, где q - заряд иона. При встрече с молекулами газа ионы совершают упругие и неупругие столкновения: первые приводят к их отклонению от первоначального направления движения и потери части кинетической энергии; вторые при тех условиях, которые имеют место в распылительных системах, связаны с перезарядкой ионов, при которой ионы превращаются в нейтральные частицы с сохранением вектора своей скорости, а газовые молекулы превращаются в ионы с начальной энергией, соответствующей тепловой энергии молекул газа. Затем нейтральные частицы летят к мишени-катоду по инерции, а ионы начинают ускоряться до нового столкновения с газовой молекулой или мишенью. Для реакции перезарядки ионов Аr+ в собственном газе можно записать следующее уравнение

Ar+ + Ar0 = Аr0 + Аr (1.4)

Таким образом, движение ионов в катодном слое носит эстафетный характер, а катодное распыление обусловлено бомбардировкой ионами и нейтральными частицами. Чем ниже давление рабочего газа и тоньше катодный слой, тем меньше роль этих эффектов.[6]

Рассмотрим движение распылённых частиц и отражённых нейтрализовавшихся ионов через газ в направлении подложки. Указанные частицы при движении в газе совершают столкновения с газовыми молекулами и рассеиваются с потерей энергии направленного движения. При достаточно больших значениях pdм-п a, где р - давление рабочего газа в пространстве мишень-подложка, dм-п - расстояние между мишенью и подложкой, эти частицы полностью теряют направленное движение и термализуются, т.е. замедлятся до тепловых скоростей, соответствующих температуре газа. После этого распылённые частицы будут двигаться в режиме диффузии по закону "броуновского" движения. Величина pdм-п диф., при которой устанавливается диффузионный режим с термализацией высокоэнергетичных частиц, зависит от соотношения масс распылённых и отражённых высокоэнергетичных частиц и молекул газа. Чем больше масса сталкивающихся частиц, тем быстрее устанавливается такой режим. Ориентировочное значение pdм-п диф. для разных газов и материалов мишени составляет 200-600 Па*см.

При значениях pdм-п < pdм-п диф имеет место обратное рассеивание распылённых и отражённых частиц на газовых молекулах с частичной потерей энергии. Обратное рассеивание с возвратом части распылённых атомов на мишень приводит к уменьшению коэффициента распыления, и в целом оно снижает скорость осаждения тонких плёнок на подложку. Иногда столкновительный режим переноса распылённых атомов применяют для нанесения относительно равнотолщинных слоёв на подложки со сложным рельефом, запыления их обратной стороны, а также для получения нанокластеров из атомов мишени и аэрозолей в газовой фазе. Термализацию высокоэнергетичных частиц применяют в случаях, когда необходимо осаждать слои на структуры, чувствительные к таким частицам.

ионный атомный магнетронный вакуумный

Делись добром ;)