Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
низкую температуру подложки и др.), позволяет получать пленки самых различных химических соединений путем распыления металлических мишеней в среде химически активного газа (или смеси активного и инертного газов). В то же время наличие активной среды и высоких скоростей распыления мишени и осаждения пленки обусловливает взаимосвязь явлений, происходящих на подложке, в плазме разряда и на поверхности мишени. В результате этого при одинаковой мощности разряда и конструкции МРС скорость осаждения может различаться в 5-10 раз, а состав пленки в связи с этим может существенно изменяться [3].
Реактивное катодное распыление осуществляется либо посредством реакции на катоде с последующим переносом получившегося соединения на подложку, либо при реакции окружающего газа с пленкой по мере ее нанесения (или комбинацией этих процессов). Нельзя исключить также и возможность реакции между распыляемым материалом в паровой фазе и окружающими веществами. Работ по выяснению действительного механизма в реальных системах очень мало.
Реактивное распыление не обязательно проводить в атмосфере чистого активного газа: использование смеси инертного газа с небольшим количеством активного компонента не только достаточно, но часто имеет и определенные преимущества. Распыляющий газ, состоящий полностью из аргона и лишь 1 или 2% кислорода, может дать тот же результат, что и чистый кислород. Поддерживая процентное содержание кислорода минимально низким, вплоть до необходимого для полного окисления осаждаемой пленки, можно получить значительное увеличение скорости нанесения. Было установлено, что скорость нанесения пленок уменьшалась от 100 до 1 А/мин, когда парциальное давление кислорода в аргоне с давлением 2*10-2 мм рт. ст. изменялось от 1* 10-4 до 1* 10-2 мм рт. ст. Однако, такая зависимость не всегда справедлива. Установлено, что при постоянных давлении газа и плотности тока скорость нанесения пленок смешанных окислов на основе свинца и титана была по существу одной и той же, независимо от того, использовался чистый кислород или же его смесь с инертным газом. Так как, по-видимому, имелись другие преимущества, связанные с применением чистого кислорода, ему в данном случае и было отдано предпочтение. Указано, что нельзя получить высший окисел, если не проводить распыление в чистом кислороде [5]. Минимальное необходимое количество кислорода зависит от скорости нанесения, давления газов и температур катода и подложки. При использовании большего количества кислорода на катоде образуется чрезмерно толстая пленка окисла. Это приводит к значительному уменьшению скорости распыления; кроме того, большой избыток кислорода уменьшает также эффективность тлеющего разряда [6].
Наибольшую часть соединений, получаемых реактивным распылением, несомненно, составляют окислы. Это обусловлено как полезными свойствами окислов многих металлов, так и легкостью, с которой можно проводить реактивное распыление в кислороде. Введение в распылительную камеру кислорода оказывает заметное влияние на вид тлеющего разряда в аргоне. В частности, добавление даже небольших количеств кислорода влияет на разряд так же, как значительное повышение давления в камере: сокращается темное пространство и уменьшается импеданс разряда. Этот эффект объясняется тем, что дрейфовая скорость электронов, движущихся в темном пространстве, уменьшается в присутствии атомов кислорода, которые временно связывают электроны и превращаются в отрицательные ионы. В результате эффективность образования положительных ионов при соударениях электронов с атомами газа возрастает. Другим следствием присутствия в зоне разряда отрицательных ионов является то, что вокруг анода может образоваться область скопления отрицательных ионов, аналогичная оболочке из положительных ионов на катоде.
Роль такой области в процессе реактивного распыления точно не установлена, но некоторые исследователи считают, что она представляет собой важную зону в системе реактивного распыления.
Недостатки магнетронного распыления при напылении оксидов:
1)Взаимодействием мишени с химически активными атомами и ионами в составе плазмы магнетронного разряда. В результате образуется диэлектрическая пленка, которая снижает выход атомов мишени при распылении и изменяет ее эмиссионные свойства.
2)Кроме того, осаждение диэлектрических пленок на поверхности анода (обычно это стенки вакуумной камеры) приводит к изменению параметров магнетронного разряда в процессе работы. Сильное запыление может приводить к гашению разряда. Это явление известно как проблема исчезающего анода. Под термином исчезающий анод подразумевается потеря анодом способности собирать электроны из плазмы и, тем самым, замыкать электрический ток, в результате покрытия поверхности анода, независимо от того, что он представляет собой, стенки вакуумной камеры или отдельный элемент, диэлектрической пленкой во время процесса реактивного напыления.
3)Низкая скорость напыления желательных материалов.
Всех этих недостатков лишена дуальная магнетронная система [7].
.3 Особенности нанесения оксидов дуальной магнетронной распылительной системой
В последние годы достижения в напылении происходили в основном за счет усовершенствования катодов и новых видов генераторов. Стандартная система для нанесения тонких пленок состоит из источника питания постоянного тока и одного магнетрона.
К сожалению, реактивное распыление в атмосфере