Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 108
Текст из файла (страница 108)
Расположение ямок, по-вндимому, пе соответствовало дефектам кристаллической решстки, которые можно было обнаружить с помощью химического травления. Это означает, что ямки могут быть связаны с дислокациями, созданными бомбардировкой, В. Сплавы и составные мишени Известно очень мало работ, в которых бы исследовались сами мишени после их ионного распыления. Асада и Квазибарт 112б1 изучали распыление сплавов меди, содержащих небольшие количества золота. Имп было установлено, что происходило преимущественное распыление атомов золота, в результате чего содержание меди в поверхностном слое возра.
стало. Позже Гиллам 1!2П проводил ионное распыление сплава СозЛн н обнаружил, что сначала с поверхности уходило относительно ббльшес число атомов меди, чем в пропорции ЗСн: 1Ао, отражающей состав сплава. Поверхностный слон при этом обогащался золотом. По мере даль. иейшего распыления этот обогащенный слой продвигался вглубь мишени. В стучае составных мишеней часто наблюдаются необычные н неожиданные явления, особенно на поверхности мишени из материала с большим коэффициентом распыления. Поверхность такой мишени в зависимости от скорости прихода на нее материала с малым коэффициентом распыления бывает по виду различной — от бородавчатой для больших скоростей поступления материала с другой мишени да покрытой редкими и крутыми конусами для чалых скоростей поступления. Такие поверхностные эффекты могут приводить к большим изменениям коэффициента распыления и заметьым изменениям пространственного распределения распыленного материала.
Следует подчеркнуть, что скорости переноса мате. риала с одной мишени на другую, способные вызывать подобные эффекты, настолько малы, что для реализации такого переноса в типичных распылительных системах нет необходимости в том, чтобы одна из мишеней находилась в пределах прямой видимости с поверхности другой мишени. Даже прн давленняк в несколько тысячных далей миллиметра ртутного столба к упомянутым эффектам может привести рассеяние распыленного материала на молекулах газа, Гл. 3.
Физический механизм ионного раеиьшевия Г, чдзедннения Процесс ионного распыления соединений, таких, например, как окислы, несомненно более слвжен, чем распыление мишеней из простых веществ — химических элементов. Передача импульса от падающего иона эмиттируемому атому посредством нескольких атомных столкновений яв. ляется интенсивным процессом. Энергия, которая при этом передается, может, несомненно, превышзть энергию химической связи, типичная ве.
личина которой порядка нескольких электрон-вольт. В результате возможен разрыв многих связей. Например, в случае рзспыления окисла можно ожидать, что разрыв химических связей приведет к преимущественному распылению атомов кислорода. Уменьшение числа атомоз кислороде на поверхности мишени озиачзет, что под действием ионной бомбардировки поверхность окисла восстанавливается. Исследования облучения порошков окислов ионами ртути показали, например, что поверхность мишени нз СцО сначала превращалась в СцзО, затем — в чистую медь, в поверхность ми1пени из РезОз сначала восстанавливалась до РезО,, затем до РеО и, наконец, до чистого железа [12В].
Как и следует ожилать, восстановление поверхностного слон мишени становится еще более заметным, если для облучения мишени использовать такой газвосстановитель, как водород [129]. По-видимому, степень восстановления зависит от силы связи атомов, т. е. от энергии диссоциации. Действительно, для меньших энергий диссоциации степень восстановления окзвалась большей [39]. Значительное потемнение мишеней отмечалось в случае грубо обработанных поверхностей, так как распыление кислорода стзновитси более эффективным, когда соудереиия происходят в микро.
трещинах поверхности. Если распыление проводится в атмосфере кислороде, то нвблюдзется меньшее восстановление н, следовательно, меньшее потемнение поверхности мишени. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ В ранней модели ионного рзсцыления предполагалось, что локзльнав разогрева решетки в области падения иона достаточно для выбросе мвтернале мишени посредством его термического испарения [8, 130]. Следствием етого механизме распыления является закон косинуса Кнудсена для углового распределения эмиттируемого аэтериала.
Тзкой хзрзктер распределения экспериментально подтвердили Зеелигер и Зоммермейер [В!], которые, Кроме того, установили, что распределение ие зависит от угла пздеиия ионов. Однако позже Венер [16] отметил. что при низких энергиях ионов прострвяственное распределение выброси материала мишени зависит от угла падения ионов. Этн данные говорят о том, что ионное распыление является нэ самом дела процессом, и основе которого лежит передача иьшульса, как вто впервые предположил Стерн [1ч], а позднее Ламар и Комптон [!3!]. В дальнейшем работы по изучению картин осадка рзст пыленного материала прн ионном рзспылении монокристаллоз и энергетвче. оного распределения, змиттированиых томов, уже рассмотренные нами в предыдущих разделах данной главы, ясно понизили, что ионное распыле иие действительно является процессом передачи импульса.
Однако построение на основе этой модели достзточио строгой теории, которая бы обьяс.' яялв приведенные здесь экспериментальные результаты, а также многие другие, талие нзи зависимость козффнциентз распыления от вида мишени, от мессы и энергии бомбардирующнх ионов, а также от ориентации ионного облучения относительно кристеллографических осей, является весьма слож. 8. Тевретическне мвдели пенного распыления ной проблемой.
Для объяснения зависимости коэффициента распыления от масс сталкивающихся частиц и от энергии ионов в ранних теориях испольаовались, в частности, представления теории радиационных повреждений. Характер взаимодействия падающей частицы с атомом решетки определяется ее энергией. При очень высоких энергиях влиянием электронного вкранирования ядер можно пренебречь и рассматривать взаимодействие частиц как отталкивание между зарядами ядер. Это область резерфордовских столкновений.
При меньших энергиях заряды ядер частично экраннруются электронными оболочками, и столкновения можно рассматривать как слабо зкраяироваииые кулоновские столкновении. При низких энергиях происходит очень малое взаимное проникновение электронных оболочек, поэтому столкновения рассматриваются как соударения твердых сфер. Следует иметь в виду, что хотя такая модель и может быть полезной для наглядного описания определенных процессов, однако она является грубым приближением, очень далеким от физической действительности. Следует также отметить, что когда скорость налетающего иона больше скорости электронов иа уровне Ферми, потери энергии вследствие электронных возбужденна становятся преобладающими П32) Кейвелл 11331 одним из первых использовал представления о радиационных повреждениях. Он предложил механизм ионного распыления, основанный иа видоизмененной теории замедления нейтронов. Согласно этой модели при распылении происходят столкновения типа соударений твердых сфер, и энергия бомбардируюшего иона с числом столкновений зкспонеициально уменьшается.
Предполагается, что число смещений атомов после каждого столкновения определяется передаваемой при этом энергией. Вероятность того, что смещенный атом покинет мишень, связана с глубиной под поверхностью мишени, иа которой произошло столкновение. Было получено выражеинц показывающее, что коэффициент распыления проворционалеи где  — кинетическая энергия падающей частицы. Вернувшись Е'В й разделу, посвяшанному коэффициенту распыления, можно убедиться, что такая зависимость приблизительно верна в некоторых случаях для определенных интервалов энергий.
Эта теория не учитывает потери энергии на злектронные возбуждения и считает твердое тело неупорядоченным, поэтому аффекты, связанные с кристаллографической ориентацией мишени, оиа, естественно, объяснить не может. Еще более простая модель была пост1лорована в работе Рода к др. П343 Оии предпоаожили, что распыление агомов происходит в результате тилько первого столкновения падающего иона. Все же последующие столкновения происходят уже на такой глубине в мишени, что не приводят к актам распыления. Коэффициент распыления полагался пропорциональным энергии, переданной при первом столкновении н обратно пропорциональным величине, которую ' онн назвали длиной свободного пробега.
Фактически это параметр, введенный для учета энергетической зависимости среднего путк, проходимого в мишени налетающим ионом до его первого столкновения. В результате получалась сублииейиая зависимость коэффициента распыления ог энергии падающих ионов, что, вообще говоря, согла. суется с экспериментальными данными для определенного диапазона энергий. Эта теория лает также качественное объяснение зависимости коэффициента распыления монокристаллов от направления падения ионов относительно криствллогрзфическнх осей [135 — 1381 Коэффициент распыления монокристалла ионами с знергией порядка 1б' вВ имеет минимум длн тех кристаллографических направлений, в которых иристаллнчесная решетка имеет максимальную прозрачность, т. е.
когда ноям, падающие в этих направлениях, будут, двигаясь вдоль камалов, иметь необычайно большие длины пробега. Коэффициент распыления имеет максимум для тех направ- ййй Гл. 3. Физический механизм ионного распыления лениЯ, в которых кристалл наименее прозрачен. Таким образом, когда длняа пробега падающих ионов велика, коэффициент распыления будет меньшим, так как при этом вблизи поверхности будет происходить меньше столкновений, которые только н могут привести к актам распыления.
Были получены прямые доказательства подобной зависимости длины пробега падающих ионов ог кристаллографических направлений [139 — 14!). На обратную зависимость между пробстом яанов и коэффициентом распыления указывали еще Алмен н Брюс [2!). Несмотря на то, что эта модель оказалась вполне применимой для оценки зависимости коэффициентов распыления от кристаллографнческой ориентации, некоторые авторы считаэ>т ее не довлетворительной [142). оявление кзждой из упомянутых теорий было вызвано необходимостью объяснить, как изменяется коэффициент распыления с изменением энергии падающих ионов и направления, в котором проводится бомбардировка, однако эти теории не в состоннии обнаружить причины образования картины осадка распыленного материала при ионном распылении монокрнсталлов, о которой говорилось выше.
Рассматривая коррелированные столкновения атомов в монокристаллах, Силсби [143) указал, что импульс должен фокусироваться при столкновениях ряда экаидистантных твердых шаров, если расстояние между их центрами будет меньше удвоенного диаметра атома. Рассмотрим теперь монокристалл с гранецептрированной кубической решеткой. В такой ешетке плотнейшей упаковке атомов соответствует направление ( 110>. ри достаточно низких энергиях взаимодействия (это означает, что эффективный диаметр атомов велик) в этом направлении возможны сфокусированные столкновения, называемые столкновениями Силсби. Примером максимальной энергии такого взаимодействия могут служить данные для Си, полученные Томпсойом [144) — 00 эВ и Гибсоном с сотрудниками [27]— 30 эВ. Так как направление (110> является направлением препмущест. венного выброса материала для гранецентрироваиной кубической решетки (см.
стр. 386), по-видимону, будет логичным объяснить этот эффект на основе механизма сфокусированных столкновений. Подобная точка зрения подтверждается тем обстоятельством, что фокусировка импульса возможна также в направлениях ( !00> и ( 111 > граиецеитрированной кубической решетки, и по этим же направлениям наблюдался преимупгественный выброс атомов при распылении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
