Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
в. Плотность адсорбированных на подложке атомов при этом невысока, примерно постоянна, и конденсации вещества не происходит.
Конденсация вещества может начаться при пересыщении пара на подложке. Если плотность потока высока и (или) температура подложки низка, то вероятность вторичного испарения уменьшается, а вероятность встречи атомов на подложке увеличивается. При этом образуются атомные группы, более устойчивые к повторному испарению, так как кинетическая энергия атомов частично переходит в потенциальную энергию связи. Зародышем будущей пленки такая группа может стать, если ее размер превышает некоторый критический, при котором вероятность конденсации (окончательного закрепления на подложке) превышает вероятность распада группы на атомы. Следует подчеркнуть, что минимальная степень пересыщения пара, необходимая для начала образования зародышей, зависит от температуры, химической природы, структуры и чистоты поверхности подложки и может быть установлена лишь экспериментально при отладке процесса.
Дальнейший рост зародышей происходит за счет присоединения к ним вновь адсорбированных атомов, а также за счет непосредственного осаждения атомов на поверхность зародыша. Разрастаясь, отдельные островки-зародыши сливаются (коалесценция), постепенно образуя сплошную пленку. На завершающем этапе, когда сформирована сплошная пленка, ее рост носит гомогенный характер. Влияние подложки при этом отсутствует, а характер связи (металлическая, ковалентная) падающих на пленку атомов (или молекул) определяется веществом пленки. От поверхности пленки атомы практически не отражаются.
Современные технические средства не позволяют непосредственно наблюдать явления, происходящие на ранней стадии формирования пленки, поэтому они носят гипотетический характер. Мерилом истинности, достоверности тех или иных гипотез может служить только опыт и особенно опыт производства, который вследствие массового характера испытания позволяет объективно оценить степень соответствия теории получаемым результатам.
Фактором, по которому оцениваются качество и надежность пленки, является прочность ее сцепления с подложкой (адгезия).
Адгезия пленки с подложкой заметно возрастает, если на начальном этапе осаждения имеет место хемосорбция, т. е. адсорбция с образованием химических связей атомов вещества с подложкой.
Следует подчеркнуть, что хемосорбция, увеличивая связь пленки с подложкой, уменьшает критический размер зародышей и способствует образованию мелкозернистой структуры.
Важным фактором является чистота пленки. Существенное влияние на качество пленки оказывают остаточные газы, поглощаемые пленкой в процессе конденсации. Пористость - это характерное свойство пленок, осажденных в вакууме. Вследствие этого по сравнению с массивными образцами диэлектрические пленки имеют пониженную электрическую прочность, а резистивные - повышенное сопротивление.
Химически пассивные компоненты остаточного газа (N2, С02, Аг) способны в процессе эксплуатации устройств постепенно десорбироваться на объема пленки, что приводит к временной нестабильности ее электрофизических параметров, т. е. к старению пленки. Давление остаточных газов должно быть, возможно ниже, однако, существует предел, обусловленный экономическими соображениями. Содержание газов в напыленной пленке зависит от соотношения плотностей потоков вещества и остаточных газов, падающих на подложку. При прочих равных условиях загрязнение пленки остаточными газами тем ниже, чем выше скорость осаждения.
Присутствующие на подложке до начала осаждения адсорбированные молекулы воздуха не только загрязняют пленку, но и служат причиной снижения адгезии, так как экранируют подложку от пленки. Поэтому необходимо десорбировать газы с подложки, сообщая молекулам некоторую энергию. Частичная десорбция происходит при нагреве подложки до рабочей температуры в вакууме перед напылением. Более эффективная очистка от адсорбированного газа обеспечивается бомбардировкой поверхности подложки ионами газа с энергией в несколько десятков электронвольт.
Энергия ионов в несколько десятков электрон-вольт достаточна для выбивания молекул газа, которые выносятся откачной системой, но недостаточна для разрушения поверхности подложки [9].
3. Методы исследования параметров тонких пленок
.1 Методы измерения толщины тонкопленочных покрытий
Вещество в виде тонкой пленки представляет собой своеобразное состояние материи, по своей структуре и характеристикам часто заметно отличающееся от этого же вещества в массе. Поэтому, если известен показатель преломления, плотность, электропроводность или другие свойства вещества в массе, нельзя без достаточных оснований приписывать их значения тонкой пленке. Исследования показывают, что характеристики пленок чрезвычайно чувствительны к условиям, в которых они получены. Этим объясняются значительные расхождения в оптических и других физических постоянных пленок, приводимых различными исследователями для одних и тех же веществ [1].
Оптические методы определения толщины тонких пленок или пластин, по-видимому, получили развитие раньше других методов. С тех пор как Ньютон обнаружил, что цвет тонких предметов определяется их толщиной, этот эффект интенсивно используется для определения толщины пленок [6].
При отсутствии поглощения оптическими характеристиками тонкой пленки служат показатель преломления и тол