Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
кислорода таких металлов, как Ti и Al на постоянном токе неэффективно из-за неустойчивости процесса и образования дуги, следующей из катода, который покрывается оксидной пленкой. С одной стороны, скорость ионного травления оксидной пленки существенно ниже, чем чистого металла, а с другой, происходит зарядка поверхности оксидной пленки положительными ионами, бомбардирующими поверхность. Вблизи заряженной поверхности происходит перераспределение напряженности электрического поля таким образом, что энергия ускоренных ионов существенно снижается.
Последствия образования дуги могут быть уменьшены за счет периодической разгрузки катода, например, при использовании генератора переменного тока. Однако это не предотвращает осаждение изоляционного материала на стенах камеры, проблема, известная как исчезающий анод.
Напыление на ВЧ, как возможная альтернатива, не приемлемо из-за низких, скоростей напыления желательных материалов.
Устранить эти эффекты позволяет дуальная магнетронная система, включающая в себя два одинаковых магнетрона, каждый из которых попеременно становится то катодом, то анодом.
Когда на магнетрон подается отрицательный потенциал, происходит распыление мишени ионами рабочего газа, а когда положительный - плазменные электроны высаживаются на поверхность и разряжают диэлектрическую пленку.
Это расположение известно как Дуальная Система Магнетрона (DMS) или Твин - магнетрон.
Конструкция дуального магнетрона представлена на рисунке 1.2.
-планарные магнетроны; 2-корпус магнетронной системы; 3-магнитопровод; 4-изоляторы; 5-корпус планарного магнетрона; 6-постоянные магниты; 7-мишень.
Рисунок 1.2. - Конструкция дуальной магнетронной системы с дополнительным элементом.
Между землей и одной из мишеней подано положительное напряжение, а между землей и другой мишенью подано отрицательное напряжение. Таким образом, один магнетрон является катодом, а другой анодом. За то время, пока один магнетрон работает, другой очищается от диэлектрической пленки. Затем полярность напряжения на магнетроне меняется.
Благодаря тому, что на магнетронах не образуется диэлектрическая пленка, система работает более стабильно: отсутствуют мерцания, вспышки, магнетроны не искрят, значительно увеличивается скорость нанесения материала.
Так как дуальный магнетрон работает стабильно, то качество наносимых им покрытий выше, чем у магнетрона на постоянном токе, т.к. отсутствует возможность попадания на подложку крупных вкраплений распыляемого материала [8].
2. Процессы роста тонких пленок
.1 Физические основы распыления
Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования ионного распыления (ИР) показывают, что основным механизмом взаимодействия между бомбардирующими ионами и атомами материала является процесс передачи импульса, т. е. распыление осуществляется за счет упругих столкновений, приводящих к прямому выбиванию атомов из равновесных положений.
Можно выделить три качественно различных случая: режим первичного выбивания атомов из равновесных положений, режим линейных каскадов и режим тепловых пиков. В режиме первичного выбивания бомбардирующий ион передает энергию атомам мишени, которые могут либо сразу покинуть поверхность (распылиться), либо распылиться после небольшого числа упругих столкновений с приповерхностными атомами, необходимого для поворота вектора импульса. В двух других режимах выбиваемые из равновесных состояний атомы получают энергию, достаточную для выбивания вторичных, третичных и других атомов, часть которых может достичь поверхности материала и преодолеть поверхностный барьер.
Ионное распыление материала начинается, когда энергия ионов Еи превысит некоторую величину Епор, получившую название пороговой энергии распыления. При Eи<Enoр ионы не распыляют материал, и при взаимодействии с атомарно-чистой поверхностью происходят их отражение, адсорбция с последующей десорбцией и нейтрализация, осуществляемая электронами, эммитированными из материала под действием электрического поля ионов. Если на поверхности материала присутствуют адсорбированные инородные частицы и химические соединения, то в результате ионной бомбардировки происходят их десорбция и химические превращения.
Процесс выхода в вакуум адсорбированных атомов отличается от выхода распыленных атомов из объема материала тем, что вылетающая частица всегда выходит из верхнего поверхностного слоя, ее энергия связи обычно меньше энергии связи атомов в объеме. Если массы атомов адсорбирующего вещества и адсорбента сильно различаются, то возможны большие различия в выходе (распылений) адсорбированных частиц. Десорбция при ионной бомбардировке может осуществляться прямым выбиванием адсорбированного атома падающим ионом, за счет его выбивания отраженным от поверхности материала ионом, а также выбиванием распыленным атомом материала.
При ионной бомбардировке поверхностные слои монокристаллов превращаются вначале в поликристаллические, а затем в аморфные. Доза ионного облучения Dи Кл/см2, определяется выражениями
и=jиt
или, ион/см2,
и=jиt/(ze),
где и - плотность ионного тока на поверхность материала, А/см2; - продолжительность облучения, с;
е - заряд электрона, Кл; z -кратность заряда иона.
Доза аморфизации монокристаллического кремния Dа ионами аргона с энергией 30 кэВ при температуре мишени 300 К составляет 5*1014