Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 104
Текст из файла (страница 104)
6, На рнс. 6 поназан коэффициент распыления вольфрама в зависимости от энергии ионов различных инертных газбв н ртути Кривые, представлен- ч "ЗлгЧ "' ные на этих рисунках в полулогариф- ч гр и мнческом масштабе, можно экстраполировать к наклону, равному бесконечности, н таким образом, опреде- бч г лить пороговую энергию распыления. В этих результатах удивительным является очень малое отличие порогов распыления для различных ионов. По. ~~ ят-з видимому, этот параметр является более характерным для различных материалов мишени. В табл, ! перечислены значения лороюз для двзд- ь г!! цаги трех металлов, обл~чаемых Ь нонамн Ме, Аг, Кг, Хе н Н6. з табл.
й видно, что массы сталкива1ощнхся В партнеров вряд лн существенны н что ггг" глг Зр хпг величина порога приблизительно рав. иа 4Н, где Н вЂ” теплота сублимации. Важа «лхмл,го Этот удивительный Результат, веро эчс. Г. зависзместь иевпФпипептее ятно, свидетельствует о том, что при рэспызезпа ззвэпз гв мезекгзах эа такцх низких энергиях нойов акты нэн! ег эпергнн ееэез азгеиа. столкновения нельзя рассматривать независимо один от другого, поскольку соответствующие времена столкновений, по-видимому, настолько велики, .что соседние атомы включаются в игру прежде, чем закончится основное столкновение.
Возможно, что в этом случае следует ввести некоторые аффективные массы сталкивающихся частиц. Иоргенсон н Венер !60! методом ленгмюровского зонда измеряли пороговые энергии распыления диэлектриков. Характеристики зонда весьма чувствительны к осаждению на его поверхность диэлектрических пленок, так как последние изменяют работу выхода электронов н количество приходящих на вопд электронов. На поверхность зонда высокочастотным распылением наносится тонкая диэлектрическая пленка.
Такая тонкая пленка имеет достаточно высокую электропрозодность с тем, чтобы ее можно было удалитгь прикладывая к зонду постоянное напряжение смещения. Для различных напряжений смещения требуется разное времи для удалепня диэлектрических пленок одинаковой толщины. Процесс снятии дизлектрической пленкп контролируется по зондовым характеристикам.
Таким образом, этот метод валяется весьма чувствительным н может быть испольаоваи для полученив данных по коэффициентам распыления па постоянном токе. На рис. 7 приведены результаты подобных измерений для 8!Оз, распыляемой ионами арюна. Установлено, что порог распылвния в этом случае равен приблизительно !6,эВ. Гл. 3. Физический механизм ионного распыления Табляца 1 Пороговые энергии ионного распыления Кг Мо Аг Кг ко лг Хе Мо 18 )11! 25 Рб 25 ~ Лй 23 ~ Та 25 ьН йе 32 30 ЗО 35 25 20 (1 Ло 25 ! ТЬ ЗО( и 27 П р м м е ч э о э е Жмрмым шрифтом «ыаелэмы эмачекэм, соотэетстэуюымо ко. эффоккоэту пороаэчк энергкм чго,шзггшз+мы)5 который рээок млм больше 0,9.
4. СКОРОСТИ РАСПЫЛЯЕМЫХ АТОМОВ Вопрос об энергии распыляемых атомов и о распределении их по око. ростям за последние годы привлек к себе большое внимание по ряду причин. 7(ля лучшего поцз~ьзгзз!ня основ ионного распыления было бы весьма интересно, если бы данные по энергетическому распределению распылясмых атомов подтвердплн предположение о цсночках сфокуснрованных столкнаясний и позволили определить мансимальную энергию, которая может быть сфокусирована в различных направлениях кристалла, Зигмунд в своей теории ионного распыления пришел к заключению, что суммарная кинетическая энергия распыляемых атомов, приходящаяся на алии бомбардируюшнй пон, представляет собой более важный для расчетов параметр, чем коэффициент распыления [61). С практической точки зрения знание средних энергий распыленных атомов представляет интерес в следующих случаях: при исследовании зародышсобразовапия и роста пленок, в частности, прн зпитаксии; при повторном распычении осажденного материала распыленкыми атомамн, при рассмотрении распыления материала душных парад салнечныч ветром (смогут илн нет распыленные атомы преодолеть притяжение Луны, зависит от их скорости) (62); при рассмотрении энергетических возможностей злектрореактивной тяги (63) нли сил,'действующих на электроды, бомбардирусмые ионами (64).
А. Атетоды зкснериментцльного исследования Методы, используемые для измерения скоростей не!пральных распы. ленных атомов можно разделить на две группы: методы, позволяющие измерять только средние энергии (метод весов, калорнметрический метод), и методы, которые дают возможность определить распределение распыленных атомов по скоростны (механические селекторы скоростей, методы, основанные на измерении времени пролета, ионизация распыленных ато. Вс Л! Тз Н Сг Ре Со КО Сн Се Зг )з(Ь 12 13 22 21 22 22 20 23 17 23 23 27 15 13 20 23 22 20 25 21 17 25 22 25 15 15 17 25 18 25 22 25 16 22 18 26 15 !8 18 28 20 23 22 20 !5 18 25 32 24 25 20 12 25 35 35 27 20 20 20 24 24 20 15 26 33 35 25 20 24 23 28 25 20 !Б ЗО ЗО 25 22 20 25 25 27 25 15 17 30 ЗО 30 22 18 25 22 4.
Скорости распыляемых атомов мов с последующим анализом в тормозящих полях и др.). Методы первой группы не позволяют установить природу частиц на основании измерения сил, действующих на мишень или на основании нагрева коллектора распыленными атомами. Такие методы могут нрнводить к значительным ошибкам, так как заметный вклад в измеряемую энергию в этом случае могут дать нейтрализованные ионы, отраженные от мишени. или отрицательные ионы распыляемого материала, ускоренные в ионной оболочке, онружаюшей мишень.
Это, в особенности, относится к неблагородным металлам, так как известно, что их окислы или же другие пленки из фоновых газовых примесей, которые могут образовываться на поверхности мишени, заведомо являются источником отрицательных ионов. Методы второй группы позволяют не только изучать более ценное в смысле получаемой информации распределение распыленных частиц по скоростям, но и обнаруживать и измерять скорость лишь определенных, интересующих исследователя типов атомов и ионов. Последнее обстоятельство исключает возможность ошибок, о которых говорилось ранее. Кроме того, различие между методами этих двух групп заключается а диапазонах энергий бомбардируюших ионов, при которых проводятся измерения.
В случае распыле. ния веществ ионами высоких энергий мишень можно облучать пучками ионов пол любым желаемым углом падения. При дифференциальной откачке всей системы в камере с мяшенью можно поддерживать низкое давление газа, а для анализа распыленного вещества и разделения атомов по скоростям использовать масс-спектрометр.
Эта метоаика оказалась наиболее плодотворной при выявлении и исследовании отраженных или распыленных ионов, особеюю ионов, возникших а результате столкновения двух частиц [22, 23). При исследовании нейтральных распыленных атомов воз. ннкают трудности, связанные с нонизацией этих атомов, в особенности быстрых нейтральных атомов [66), В этом случае более эффективными ока. зались другие методы, такие как, например, метод измерения пролетного времени, в котором мишень кратковременно облучается пучком ионов с тем, чтобы собрать пакет распыленных атомов па коллектор в виде быстро вращающегося ротора с магни~ным подвесом (л = 3000 об(с) [66 — 69).
В случае распыления материалов ионами с меньшей энергией (меньше ! кэВ) максимальная плотность тока з пучке ионов, которая еще может быть получена, все же оказывается низкой вследствие ограничения тока пространственнь>м зарядом. Наиболее успешными в этом случае являются методы, в которых мишень в виде большого отрипательного зонда Лен>мюра помещается в плазму низкого давления (порядка 1О-'мм рт, ст.). При этом, правда, угол падения ионов ограничен направлением, нормальным к поверхности мишени..
Мейер [70), а позже Шпорн [71), исследуя тонкий светящийся слой, который образуется вблизи бамбарднруемой ионами поверхности мншенш покрытой тонкой пленкой окисла или щелочного металла, полу шли первь>е доказательства высокой энергии испускаемых атомов. Это свечение и было следствием возбуждении испускаемых атомов. Измерив толщину слоя и зная время >кивни атомов в возбужденном состоянии ( 1Π— з с), они смогли получить грубую оценку величины скорости испускания. Шпорн получил энергию от 5 до 7 эВ, а Мейер представил свой результат в виде поверхностной температуры порядка 30 000 К. Различным методам, основанным на измерениях сил, действующих лабо на мишень [64), либо на коллектор [72, ?3), а тахже ка.торнметрнческим методам, в которых измеряется увеличение температуры подложки, вызванное приходом на нее распыленных атомов, вероятно, также присуши систематические ошибки, и мы не будем здесь рассматривать их более по.
дробно. Гл. 3. Фпзнческнй механизм монпого раэпыленна Интересный метод, позволяющий определять распределенне распылен. ных атомов в плазме по скоростям, разработан Эшером и Рейчертом [75!. 'В Олазме низкого давленая, возбуждаемой высокой частотой (!О-'— — 1О-' мм рт..ст., 27 МГц), можно получнть весьма высокие температуры электронов ((7 — 12)Х !Оэ К). Это позволяет понкзовать значительную часть атомов, распыляемых с мишени и попадающих в эту плазму. Введя в систему детектор с задерживающим потенциалом, состоящий пз коллекгора, экранированного редкой металлической сеткой, на которую может быть подан задержпвающпй потепцнал отчосптельно коллектора, можно пэ. мерять ток коллектора прп наличии и отсутствии распыленных в плазме атомов.
На кривых завнскмостн тока кочлектора от велпчяны задержи. вающего потенциала легко можно отделить ток за счет медленных попов газа плазмы от тока, обусловленного более быстрымп понамн распыляемо. го материала. Этим методом практически определяют распределеппе по Энергиям лишь распыленных нейтральных частнп, так как распыленные цо. ложнтельные ионы, испускаемые мишенью, задерживаются лвпгмюровской оболочкой, существующей между мишенью и плазмой, а распыленные от.
рнцательные ноны ускоряются в этой оболочке до таких высокнх скоро. отей, которые весьл|э далеки от днэпазона нзмереннй. Результаты, получен. ные этим методом, находятся в хорошем согласии с результатами, полу. ченкымн с помощью спектроскопического метода измерения пролетного времени, рассматрпваемого далее. Метод нзмеренпя пролетного временн, разработанный Стюартом н Ве нером (76, 771, основан на эмнсснонпой спектроскопии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
