Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 105
Текст из файла (страница 105)
На мншензь попе. щенную в плазму низкого дазленпя н высокой концентрацпн, подается нм. пульс отрицательного папряження длительностью ! мкс, так что атомы мишени распыляются в виде пакета. Испускаемые зтомы в основном нейт ральпы н находятся в невозбужденном состоянии, однако в результате столкновений с электронами плазмы опн возбуждаются н нспускэют своп карактерпстпческке спектры. Пакет атомов, перемещаясь в определенном направлении, вследствие распределения атомов по скоростям размывается в пространстве. Это рассеянне атомов наблюдается в виде временнбго распределения фотонов, пспускаемых распыленными атомами в момент нх прохождения через малый объем, находящийся на нзвестнон расстояннн от мишени (б см). Распределенне фотонов по времени можно легко перевести в распределение распыленных атомов по скоростям нлнпо эпергням.
Подтвержденне данных, полученных методом пролетного време. нн, оказалось возможным с помощью другой спектроскопической методики, а именно: путем наблюденпя допплеровского сдвига спектральных линий распыленных н возбужденных атомов, когда онн двигаются в направлении к спектрографу. Распределение атомов по скоростям от пуля до 10' см7с прквело как к ушпренпю, так н к смешению спектральной линии в преде. лах от 0 — 0,1 А в сторону более коротких волн, В. Результаты исследований На рнс.
8 представлено типичное семейство крнвых распределения по энергпям атомов серебра, распыляемых с поверхностп (110) ионами ртутв для разлпчных знергнй ионов. На рпс. 9 сравниваются энергетпческпе спектры четырех материалов нз одного периода периодической системы, бомбардпруемых нопамп Кг+ с энергией 1200 эВ. Интересно отметить; что мй, Рб и Ац, являющнеся в периодической системе элементов соседями н пмэющне почти одинаковые атомные веса и одннаховую крнсталлнческую структуру, заметно отличаются кан по энергетическойу спектру распылен- 4. Скорости распылиемых атомор иых атомов, так в по новффнциентам распылении.
Зависимость средней внергин выброса длн раэличныя полихристалличесних материалов, бомбер. дируемых ионами Кг+ с анергией !200 вн, от атомного номера материала гВ чн ггг Ф гВ гВ И ой 3неРгия,зВ Рве. 8. Эвергетачесане свевтрм расвмавеммх атомов серебра вав ратавчвмх ввергай бембардврумщвх ванов ртути. М гп гВ ес В гВ ОВ ВВ ВВ гяергия,зВ Рве. В. Эвергетвчеснве саентрм атомов рыавчвмх матервиоы расамааеммх аевамв арватове с евергвеб гми ев.
Гл, 3, Физический механизм ионного распыления мишени приведена на рнс. 1О. Здесь можноотметитьдвеособенности: ббль. шая энергия испускания соответствует более тяжелым атомам мишени, а для атомов, относящихся к одному периоду системы элементов, меньшая энергия испускания наблюдается у материалов с более высоким козффици. ентом распылении. г(а рис. ! 1 показаны среднеквадратичные значения скорости выброса для тех же поликристаллических материалов, что в на рпс.
1О. Поразительная особенность этих данных заключается в том, что скорости атомов, испускаемых большей частью метал.чов (Е>20], мало отличаются одна от другой и составляют (4-: 8) Х !О' см с-'. Для ионов Аге, чаще всего используемых при распылении, зти скорости прпблизи- 2(т 80 у(йу гп б(! б)7 г( гпОмнбггг иОЮБР Р* с.
!Ь. Среапя» «нпетическан энергия атомов раэличим» матернааов, рвспмляеммк копями нриптона с эиергиев !200 эя. тельно на 20010 ниже и слабо зависят от энергии иовов в диапазоне 600— 1200 эВ (и, вероятно, прн более высоких энергиях.) Результаты экспериментальных исследований можно резюмировать следуюбшм образом. 1. Атомы, испускаемые под малыми углами к поверхности мишени, обладают высокими энергияъти, как следует из законов сохранения импульса и энергии. 2. Средняя энергия распылясмых атомов г увеличением энергии ионов приближается к постоянной величине прн энергии ионов порядка 1 кзВ, н лишь высокоэнергетический «хвост» распределения, обусловленный при.
поверхностными столкновениями, становится более заметным. В то же время коэффициент распыления еще продолжает увеличиваться почти пропорционально энергии ионов. 3. Энергия распыляемых атомов и козффипнент распыления с уменьшением атомного веса бомбардирующих ионов уменьшаются. Это, вероятао, связано с более глубоким проникновением легких ионов в мишень и, следовательно, с ббльшимн потерямн, 4. На величину энергии распыленных атомов не оказывают особого влияния ни ориентация кристэлла, нп кристаллическая структура мишени. Этот результат, по-видимому, указывает на то, что прн ионном Распылении эффекты фокусировки при столкновениях несущественны. 5. Материалы с более высоким коэффициентом распыления имеют, как правило, меньшие энергии испускания. 382 4.
Скорости распыляемых атомов 6. Тяжелые атомы мишени дают самые высокие энергии испускания, а в случае легких атомов мишени наблюдаются самые высоиие скорости распыленных частик. Результаты, полученные для ионов распыляемого вещества, аналогичны данным для нейтральных атомов за исключением того, что манси. мум нх энергетического спектра несколько смещен в сторону высоких энергий. Векслер [78[ предположил, что ионы могут иметь большую верояю1ость выйти нз приповерхностной области без нейтрализапии их эмиттнрованными авгоэлектроиами в том случае, если они обладают большими скоростями выброса.
8 ь В 4г17 л77 Атдчггзггу млгдп Рис. 11. Средненввдрвтичнме снорости атомов рввличнмх материалов, рвсимлиеммх ионами хрнитонв с внергиеа 11Ы ва. При очень высових энергиях ионов средние энергии распыленных атомов, по.видимому, не будут сильно различаться.
Необычайно высокие вяергии испускания, обнаруженные Копицким и Штиром [73[ не подтвердились в работах других авторов, например, Беньяминовича и Всчслера [79]. Томпсон со сваимн сотрудниками установил, что небольшая часть распыленных атомов, по-видимому, имеет скорости характерные для термического испарения. Они обьяснили этот эффект как следствие образования локальных перегреяов, которые начинают проявляться прн высоких энергиях ионов [40 кчВ). Бенникгховен [65[ обнаружил, что скорости ионов алюминия, распыляемых с поверхности алюминиевых сплавов, зна штельно ниже скорости ионов, распылясмых с поверхности чистого алюминия.
Высокие энергии испускания распыленных атомов использовались при формировании атомных пучков с энергией, чначггтельно превышающей энергию при термическом способе формирования [801. Гл. 3. Физическяй механизм нвниогя распыления б. КОТЛОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПЫЛЕННОГО МАТЕРИАЛА А. Полнкрнсталлнческне ыншенн Угловое распределение выбиваемых из мишени частиц представляет теоретический интерес, так как способствует выяснению механизма иои.
ного распыления; оно важно и в практическом отношении, поскольку помогает предсказывать распределение по толщине пленок, получаемых путем ионного распыления конкретной мишени. О первых детальных после. дованиях углового распределения распыляемого материала сообщили в !935 г.
Зеелигер и Зоимермейер [8Ц. Они облучали мишень из серебра попами зргова с энергией !О кэВ и установили, что распределение распылнемых атомов удовлетворительна описывается кнудсеповским законом косинуса. Кроме того, наблюдалось, что зто распределение не зависит от угла падения ионов. Ках будет отмечено в следуюшем разделе, в течение долгого времени указанная работа ошибочно использовалась для обоснования утверждения, что ионное распыление является на самом деле процессом испарения.
Вопрос об угловом распределении эмиттираванных частиц из поликристаллического материала вновь серьезно рассматривался лишь спустя приблизительно 25 лет. Венер и Розенберг [82[ изучали угловое распределение частип„ выбиваемых из поликристаллических мишеней ионами ртути с зяергией 100 — ГООО эВ при нормальном падении. Пря высоких энергиях ионов угловое распределение было близким к закону косинуса, однако прн низких энергиях ионов в направлении нормали к поверйности мишени выбивалось меньше атомов, чем следует из закона косинуса.
Это откяонение от закона косинуса, по-видимому, более явно выражено для Мо и Ре. чем для Х! или Р!. Кроме того, при нак.тонном падении нояов было замечено, что выброс распыляемого материала значительно более иятенсивен в «црямом» направлении, близком к направлению падения (иудалеином от нормали к поверхности), Ко»дам [83[, исследовавший распыление поликристаллвческого серебра ионами Хе+, Аг+ и Кг+ с энергией 1ОО— 260 эВ, установил, что угловое распределение подчиняется закону косинуса.
С другой стороны, Рол и др.'[84[ обнаружили, что распределение материала, распыляемого с поверхности поликристаллнческой меди ионами аргона с энергией 20 кэВ, лучше описывалось распределением Гаусса, чем кривой косинуса. Они также отметили, что угловое распределение по существу ве зависело от угла падения ионов. Гронлунд и др. [85[ облучалн серебро ионами Нет с энергией 4 кзВ под углом 60' в получили косинусное распределение эмиттированных частиц. При облучении мишени ионами О+ с энергией 9 кзВ под углом 60' они также иаблюда. лн в основном косииусное распределение, за исключением того, что больше матеряала, по-видимому, распылялось в «прямом» направлении, В своих экспериментах они уделили особое внимание получению тщательно отполированных поверхностей мишени. Оии считали, что ато необхо.
димо, так как предполагали, что рассеяяие иа грубо обработанной поверхности всегда будет давать косннусное распределение. Влияние температуры, дозы ионного облучения и массы ионов иа угловое распределение эмиттнрованиых атомов исследовали Кобич и Перович [86), которые облучали медь и свинец ионами Аг+, Кг+ и Хе+ с энергией 17 кэВ. Они сообщили, что обнаружили температурную зависимость углового распределения распыленного материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
