Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 113

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 113)

Если прило. женное напряжение достаточно велико, некоторые из этих ионов будут, ударяясь о катод, выбивать с его поверхности вторичные электроны. Такич образом, ток ( ь системе, определяемый процессами ионизации при сауда рениях электронов с атомами газа и вторичной электронной эмиссией пз катода, описывается следую~пни уравнением: (, ехр (иб) (в 1 — у (ехр (сЫ) — 1) где гч — первичный электронный ток, генерируемый иа катоде внешним воздействием; а — чигло ионов, создаваемых электронами на единице длины их дрейфа; б — расстоиние между электродвмн; у — число вторичных электронов, приходящееся на адин падающий ион, Это уравнение, предложенное Таунсендок, хорошо описывает ток чс.

рез газ при напряжениях, значительно меньших пробойного, если известны а и у. На рис. ! приведено несколько кривых зависимости а от энергии электронов для температуры газа 0 С и даълеиия 1 мм рт. ст. Зависимость у от энергии ионов для молкбдена и ионов аргона и гелия изображена нв рнс. 2 (!2). Если напряжение между электродами возрастает, !х и у увеличиваются, н знаменатель в (1) быстро приближается к нулю. Тогда ток ! об.

ращаетгя в бесконечность, )равнение (1) болыие не применимо, и говорят, что произошел пробой. На практнне пробой происходит при меньших Гл. 4. Получение пленок методом ионного рваяьаеымгя г Глч 47 47 и 447 4!7Ф 4Ф 4гуг Ю (4 ГггСГ Э47 Г!Ддг ЭМЮ 47 7!7 У47 ж д!дху юЬвАВллглллзяяэм4л У ь„ ч 4э не+ ~42 Р гЮ ЮО гЖУ 2%В вес.

Э. Кеэййэкя«нты »тези«ноя»эеэ- трэяиеа эмэ«си« т ерн «ээгч«мин нк э«елен«в«в мию«ин менами артек« н ге- лия. Ягглэеия иалп4 гВ вают генерацию большого числа электронно-ионных пар, положительный объемный заряд быстро спадает, н начинается нейтральная область, содер. жащая прнблнзнтельно одинаковое число электронов и положительных конов. Область, в которой число электронов и ионов примерно одинаково, называется плазмой.

Так кэк ноны зкранкруются электронами, они «не анают» о существовании электродов и движутся з области отрицатвльногр ввечення посредствам диффузии. Когда же нон достигает границы катол. папряженнях, чем это следует нз уравнення (!), справедливого для однородного поли Между злектродамн. о объясняется тем, что когда конный ток достигает значительной долн в общем токе, ионы начинают накапливаться перед катодом н образуют здесь локалнэовзнный пространственный заряд. В результате сильно возрастает электрическое поле непосредственно перед катодом н, следовательно, и н у нзменяются с приложенным напряженнем значительно быстрее, чем это предполагается в уразненнн (1).

Если произошел пробой, колнчестг~ ва вторичных электронов, эмнтти. руемых катодом, достаточно для нй установления разряда, н в этом случае говоря~, что разрвд явля. Нг А~ ется самостоятельным. Самостоятельный тлеющнй разряд имеет хорошо выраженную структуру, Не подобную изображенной на рнс. 3. Наибольший интерес представляет область, обозначенная как катодное темное пространство. Это об. пасть, в которой накапливаются положительные ноны, образующие здесь упомянутый выше пространб 0«4р !ггггдгмслг.

ственный заряд. Толщина ее приблизительно равна среднему расстоянню, которое проходят эмнттнрованные катодом электроны до первого нонизнрующего столкновения. Эта расстояние не следует путать с длиной свободного прове«. !. ва ясин«эта ээ»лйияиеэ и кэя бега электРона, котоРаЯ опредеаэзээчемх га»ее ет «э«этне еэ«кт эев. ляется упругими столкновениями н в пять — десять раз меньше. Из-за большой напряженности электрического поля в двтодном тем. ном пространстве вторичные электроны пересекают его очень быстро.

Одна. ко как только онн достигают границы отрицательного свечения н вызм. 2. Свмастпвтедьиый тлеющий разряд ного темного пространства, он уже <чувствует» потенциал на катоде н быстро устремляится к катоду. При относительно низких напряжениих площадь поперечного сечения области разряда будет меньше всей площади катоде. Это объясняется тем, что для существования самостоятельного разряда за счет эмиссии достаточного количества вторичных электронов,необходима некоторая минпмальная плотность тока.

Если к разрядной трубке подвести дополнительную мощность, площадь поперечного сечения разряда возрастет, при этом полный ток через систему увеличится, а плотность тока на катоде сохранится прежней. Поскольку плотность тона не увеличится, то не возрастет и падение напряжения на темном пространстве.

Это минимальное падение напряхсеиия, необходимое для поддержания разряда, называется нормальным катодным падением, а соответствующий разряд именуется иор- срарасйеда лтеллае ллаелгаалелгста //алтезглае Мазэадлее телаее алеелеталелтЯ аагаааалтаеэтлте брэретйге Полеегаателзаоат глгдта рос. Э.

Осиооимс обассто тзсюысго разряда мальным разрядом..Следовательно, разрядная трубка с разрядом такого типа является устройством, стабилизирующим падение напряжения; это явление нашло много практических применений. Если мощность, подводимая к разрядкой трубке, превысит опрелелениую величину, прн которой разряд займет всю площадь катода, плотность тока на катоде должна будет возрасти. Последнее возможно лишь при увеличении числа вторичных электронов, выходящих из катода. Следовательно„должен возрасти коэффициент вторичной электронной эмиссии у. Как видно из рис. 2, необходимым условием увеличения у является рост катодного падения.

Тлеющий разряд в этом случае называется аномальным. Для нанесения пленок кзтодным распылением представляет интерес именно такой режим разряда. Когда электроны попадают в область отрицательного свечения, оии по существу. обладают энергией, соответствующей полному катодиому падению потенциала. Эта энергия азтем теряется в серии столкновений, ионизирующих или возбуждающих атомы газа (при упругих столкновениях энергия злектронов фактически ие расходуется). В конце концов энергия электронов уменьшается настолько, что при последующих столкновениях они уже не могут иопизовать атомы газа.

Соотзетствузощий участок разрядного промежутка определяет дальнюю границу отрицательного свечения. Поскольку здесь ие происходит иоиизацни газа, электроны иакапливеются в этой области н образуют небольшой отрицательный проетранствениый заряд. Энергии электронов недостаточно даже для возбуждеяия атомов газа, потому эта область и является темной. Она получила название фарадеевого темного пространства, В оставшейся части разряда, от края фарадеевого темного простреи.

ства и до анода, картина очень похожа на рассмотренный ранее таунсендовский разряд. Имеется постоянный источник электронов н слабое злект- Гл. 4. Получение пленок методом ионного распыления сеь с»7 ф ст 410 рнческое поле. После прохо,кдения посредством диффузии фарадеевого темиогб пространства электроны ускоряются к аноду, а ток описывается уравнением, подобным (1), только в данном случае у О, н нельзя уже пренебрегать краевыми потерями за счет диффузии (если анод расположен нс очень близко к фарадеевому темному пространству).

Эта область называется положительным столбом. Так как существование самостоятельного разрнда зависит только от эмиссии достаточного числа электронов с катода за счет его бомбарди- ровки положительными ионами нз облабб сти отрицательного свечения, та изменеб" ббат ние расположения анода будет слабо влиять на электрические характеристики ф аг.

разряда, Так например, если анод начать все ближе и ближе придвигать к катоду, ~ г[д г[д это заметно скажется на электрических ° характеристиках разряда лишь после то. го, как последовательно исчезнут положительный столб, фарадеево темное про.

странство и, наконец, большая часгь от. рицательного свечения Когда же анод приблизится к границе катодпого темного пространства, то заметно уменье шнтся число генерируемых ионов, и на- пряжение, необходимое для поддержа- 44 дд 4СГ пня разряда в этом случае, резко воз- Щ растет. так как длн компенсации уменьрес. 4. Эеергегичес«ее ресерсдеее- шенин числа ионов должен увеличиться иие немее, дестегеющ««««теде. коэффициент вторичной электронной ь — толщина области «етеаеогс эмиссии.

Такой разряд называется затемного аростренстее. трудненным тлеющим разрядом. Если анод придвинуть прямо к краю темного пространства (следовательно, расположить его от катода на расстоянии, меньшем средней длины пробега электронов, необходимой для ионизация атомов газа), то нонизацни газа происходить не будет, и поддерживать разряд пе удастся, даже прикладывая к электродам большие напряжения. Как уже указывалось ранее, в экспериментах по ионному распылению используется аномальный разряд.

Это главным образом объясняется тем, что в нормальном разряде для получения нужных скоростей распыления материала катода плотность тока слишком низка; кроме того, вследствие низкой величины падения напряжения в нормальном разряде коэффициенты распыления также малы. Процесс распыления осложняется еще из-за эффекта псрезарядки. Ион, находящийся в <одноименном» газе, имеет сравнительно большую вероятность передать свой заряд нейтральному атому.

Характеристики

Список файлов книги