Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
нивается (у гладких поверхностей - понижается, у шероховатых - возрастает), приближаясь к определенной характерной для топографии поверхности, сформированной только ионной бомбардировкой;
д) температуры распыляемого материала Тр.м. Для поликристаллических и аморфных материалов в диапазоне температур от комнатной до 600 К, обычно используемых при ИР, значение КР не зависит от температуры.
2.2 Перенос вещества к подложке
Процесс переноса распыленного материала от мишени до поверхности конденсации зависит от средней энергии распыленных частиц, их углового распределения, давления рабочего газа, расстояния между распыляемой и приемной поверхностями, а также в некоторых случаях от наличия электрических и магнитных полей, определяющих движение ионизированных атомов распыленного материала.
В отличие от процесса термовакуумного осаждения, при котором средняя энергия испаренных частиц составляет доли электрон-вольта (1 эВ = 1,6-10~19 Дж), средняя энергия распыленных частиц р в области энергий, обычно используемых при распылении 0,5-5 кэВ, лежит в диапазоне от 10 до 100 эВ. При наклонном падении ионов Ер возрастает в соответствии с законами сохранения импульса энергии, в то время как при уменьшении массы бомбардирующих ионов и атомов распыляемого материала р уменьшается.
В экспериментальных исследованиях наблюдается уменьшение КР материалов, когда давление рабочего газа превышает 1 Па, что связано с увеличением вероятности возвращения распыленных атомов на мишень в результате процессов обратной диффузии и обратного рассеяния (отражения). Под обратной диффузией следует понимать диффузионное возвращение на мишень распыленных атомов, имеющих среднюю кинетическую энергию р, равную средней кинетической энергии атомов инертного газа (r). При этом очевидно, что возвращение распыленных атомов на мишень за счет обратной диффузии может происходить с расстояний, значительно превышающих среднюю длину их свободного пробега (?р). Под обратным рассеянием следует понимать возвращение распыленных атомов на мишень в результате их рассеяния на атомах инертного газа. Этот процесс происходит на расстояниях от мишени, не превышающих ?р, и характеризуется различием в кинетических энергиях соударяющихся частиц.
Среднее число столкновений, после которого энергия распыленных атомов станет равной тепловой энергии молекул или атомов используемого газа, а также длина пробега распыленных атомов, на который они погасят свою избыточную энергию, могут быть рассчитаны на основе физической модели процесса переноса распыленных частиц, учитывающей тот факт, что энергия этих частиц Ер в сотни раз превышает среднюю кинетическую энергию атомов рабочего газа Ер.
С повышением давления инертного газа при распылении материалов с массой атомов ma, большей массы атомов газа mr, основным процессом возвращения распыляемых частиц на мишень является обратная диффузия, в результате которой снижается эффективная скорость распыления мишени, а следовательно, и скорость осаждения пленки на подложку. Поэтому на практике для выбора оптимального технологического режима очень важно уметь оценивать давление газа, при котором начнется процесс обратной диффузии [3].
2.3 Конденсация и образование тонких пленок
Процесс осаждения вещества на подложке состоит из двух этапов: начального этапа - с момента адсорбции первых атомов (молекул) вещества подложкой до момента образования сплошного покрытия и завершающего этапа, на котором происходит рост пленки до заданной толщины.
Условия, в которых протекает начальный этап, имеют определяющее значение для структуры полученной пленки, прочности ее сцепления с подложкой, времени формирования пленки. Изучение явлений, происходящих на подложке в начальный период, имеет поэтому большое практическое значение. Поскольку математическое описание явлений, сопровождающих начальный этап формирования пленки, носит приближенный и неполный характер, рассмотрим лишь качественную картину этих явлений.
При столкновении с подложкой атом передает ей часть энергии, причем доля этой энергии тем меньше, чем выше температура подложки. Обладая некоторым избытком энергии, атом вещества некоторое время перемещается (мигрирует) по поверхности подложки, теряя постепенно энергию и стремясь к тепловому равновесию с подложкой, т. е. переходит в адсорбированное состояние.
Атомы мигрируют в потенциальном поле подложки, определяемом распределением свободной энергии связи. При отсутствии химического взаимодействия атомов вещества с материалом подложки (физическая адсорбция) энергия связи определяется силами Ван-дер-Ваальса и имеет значение ~ 0,01 - 0,1 эВ. В зависимости от характера потенциального рельефа адсорбированный атом может, потеряв значительную часть избыточной энергии, закрепиться (сконденсироваться) на подложке, хотя вероятность этого процесса для одного атома весьма мала. Значительный избыток энергии адсорбированных атомов и длительная миграция по подложке приводят к тому, что с большей вероятностью атомы десорбируются на потенциальных буграх рельефа (вторичное испарение). Если подложка нагрета, что обусловливает высокую избыточную энергию атома, а плотность атомного потока небольшая, практически исключающая взаимодействие атомов вещества на подложке, то наступает равновесное состояние (состояние насыщения), при котором поток падающих на подложку атомов равен потоку десорбированных атомо