Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ион/см2, следовательно, при jи = 0,1 мА/см2 аморфизация наступает примерно через 1 с после начала обработки. Значения Dи полупроводников сильно зависят от температуры, резко увеличиваясь с ее ростом, очевидно, за счет отжига радиационных повреждений. В металлах подобного рода отжиг происходит уже при комнатной температуре.
Среднее расстояние, проходимое внедренным в материал ионом до его остановки, зависит от энергии и атомного номера иона, а также атомного номера и кристаллической структуры материала. В большинстве случаев важно знать не средний пробег ионов в материале, а среднюю глубину их проникновения от поверхности. Средняя глубина проникновения ионов аргона в диапазоне энергий (0,5-5,0) кэВ составляет для кремния 3,5, для двуокиси кремния 5,0, для золота 1,3, для алюминия 1,5 нм/кэВ. Толщина нарушенного слоя приблизительно равна удвоенной средней глубине проникновения ионов в материал и возрастает с увеличением дозы ионного облучения. Основная доля энергии ионов (70-90%) выделяется в материале в виде тепла, менее 5% расходуется на распыление, а оставшаяся часть затрачивается на радиационное повреждение материала, внедрение ионов, вторичную электронную эмиссию и электромагнитное излучение в широком спектре частот.
Для поликристаллических материалов угловое распределение распыленных атомов при нормальном падении бомбардирующих ионов с энергией в диапазоне 1-10 кэВ в первом приближении описывается законом косинуса. При Еи 10 кэВ имеет место надкосинусное и даже гауссово распределение распыленных частиц.
При наклонном падении ионов средняя энергия распыленных атомов р возрастает; с уменьшением массы бомбардирующих ионов р уменьшается. Распыленные атомы тяжелых материалов обладают наибольшим значением р, а легкие - наибольшим значением скорости распыления vp.
Процесс распыления материалов количественно характеризуется коэффициентом распыления (КР), который определяется как среднее число атомов, выбиваемых с поверхности материала одной падающей частицей. Падающими частицами могут быть ионы (атомарные и молекулярные), нейтральные атомы, нейтроны, электроны и фотоны с большой энергией. Мы рассматриваем процесс физического распыления материалов ионной бомбардировкой, поэтому, согласно определению КР, ат./ион:
p=Na/Nи,
где Na- число выбитых (распыленных) атомов материала; и - число ионов, бомбардирующих материал.
При бомбардировке ионизированными молекулами, состоящими из одинаковых атомов, каждый такой атом учитывают отдельно. В случае же молекул, содержащих разные атомы, целесообразно определять КР в расчете на одну первичную молекулу. В режиме линейных каскадов КР материала при бомбардировке ионами двухатомных молекул (состоящих из одинаковых атомов) приблизительно вдвое больше, чем при бомбардировке атомарными ионами. В режиме же тепловых пиков КР двухатомными молекулами может превышать удвоенный КР для атомарных ионов..
Энергетическая эффективность процесса ионного распыления ?эф определяется массой материала m, распыляемой в единицу времени с единицы площади, отнесенной к плотности мощности Wи =j и UK (где jи и Uи - плотность ионного тока и ускоряющее ионы напряжение), затрачиваемой на реализацию процесса распыления. Величина Eи = eUи определяет энергию бомбардирующих материал ионов. В случае распыления материала однозарядными ионами m= Ур(Еи)Аmjи/(NАе), где Аm - атомная масса распыляемого материала; NА - число Авогадро. Тогда, согласно определению,
?эф =(Vр Eи /Eи )(Am /NА)
Из выражения видно, что энергетическая эффективность процесса распыления зависит от энергии ионов. Значения энергии ионов, которые соответствуют максимальной энергетической эффективности процесса распыления материалов, совпадают с Еа. При этом максимальная доля энергии ионов расходуется на процесс распыления материалов.
Кроме энергии ионов КР материала зависит от:
а)массы бомбардирующих ионов, увеличиваясь с возрастанием mи и атомарного номера иона в области энергий, используемых для ИP;
б)атомного номера распыляемого материала Za. Наблюдается сложная периодическая зависимость КР от Za, в которой в пределах периода таблицы Д. И. Менделеева КР возрастает по мере заполнения электронных d-оболочек;
в)угла падения ионов на поверхность материала а, с ростом от 0 (отсчет ведется от нормали к поверхности) до 70 наблюдается увеличение КР материалов. Для многих материалов в первом приближении зависимость КР от а в этой области можно оценить по формуле:
p (?) = Yp(0)/cosa,
где Yp(0)-КР при нормальном падении ионов.
КР при нормальном падении ионов прямо пропорционален энергии, рассеиваемой в поверхностном слое материала, в пределах которого упругие столкновения с атомами приводят к распылению. При угле падения а длина пробега ионов, а, следовательно, и число столкновений в этом слое в 1/cos а раз больше. Значение угла падения ионов аmах, при котором наблюдается максимальный КР материала Уmах, зависит от энергии ионов и смещается в сторону больших углов с увеличением Еи;
г)чистоты обработки поверхности. Шероховатые поверхности имеют меньший КР, чем гладкие. Это связано с частичным улавливанием распыленных атомов соседними микронеровностями. Однако по мере удаления поверхностного слоя КР для поверхностей с различной чистотой обработки вырав