Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 89
Текст из файла (страница 89)
дающих на стенку молекул,с поверхностной миграцией адсорбированиых газов, вариацией скоростей адсорбции и десорбции на определенных участках внутренних стенок. Изменение плотности газа может быть вызвано разницей в температурах элементов системы. Хотя попытки описать аналитически реальное распределение газа и были сделаны, однако онн были выполнены для систеы с простейшей геометрией. Экспериментальные весле. дования в этом направлении были проведены Холлэндом, который рассыл. трнвал общее давление газа как сумму максвеллавской и направленной составляющих [3581. Он закрепил ионизационную манометрнческую лампу так, что ее впускная трубка могла поворачиваться, и наблюдал значитель.
ную разницу в давлении при различных ориентациях, измерительной лам. пы. Поскольку все источники неравномерного распределения давления газа устранить невозможно, прн установке ноннзацнонной лампы в вакуумную систему необходимо принимать во внимание хотя бы наиболее важные из них. Если маиометрнческий датчик обращен в сторону насоса, криогенной панели нли активно обезгаживаемой поверхности, такой, например, как нагреваемый элемент, то он, по.видимому, будет показывать давление, соответствующее либо более низкой, либо более высокой плотности часгиц по сравнению с атмосф."ой,, окружающей подложку.
Для получения более близкого к реальному значения давления необходимо соединительную трубку манометрического датчика направить в обратную сторону или вбок таким образом, чтобы эффекты направленности потоков были близки к тем, которые имеют место у подложки. Опасность неправильного показания давления больше в системах с мощными насосамн нз-за высоких сяо. ростей дссорбции. В этих условиях можно ожидать преобладания направленаой составляющей давления, которое вряд ли будет правильно измерено с помощью манометра. Источником ошибок в интерпретации показаний иоиизационных манометров могут быть сами манометры. Прежде всего надо помнить, что манометры обычно калибруются по сухому азоту, который репко является, преобладающим компонентом в атмосфере остаточных газов системы, т, е. манометры показывают давление в единицах чазотного эхвивалентаы Перевод этих показаний в истинные значения давлении может быть проведен посредством сравнения чувствительности прибора к другим газам по 6.
Вакуумные измерения отношению к этому параметру для азота )369). Однако для етого необходимо иметь некоторую информацию о составе атмосферы остаточных газов в системе. Ионизациониые манометры сами действуют как насосы или источники остаточных газов. Их откачизающее действие обусловлено «электрическим механизмомэ откачки, обсуждавшимся в равд. 2Д, 2). ЭФфект значительно сильнее для манометров с иенакаливаемыми катодами. Обезгаживанне электродов лампы производится обычно при включении манометра. Кроме катода, пропусканием сквозного тока в течение нескольких минут прогревается и сетка.
Мощность, выделяемая при этой операции, достаточно зысока для нагрева н частичного обезгаживания колбы лампы. Однако этот прогрев пе снижает скорости газовыделения настолько, чтобы манометром можно было бы пользоваться в сверхвысоком вакууме. Выделение газа в чистой, но непрогретой соединительной трубке манометра может помешать измерению вакуума выше 1О-' мм рт, ст, )360). Такие же трудности возникают, если на соединительную трубку датчика попадают пары масла из насоса )361). Для сведения разницы в давлениях внутри лампы и в вакуумной системе к минимуму нужно использовать соединительные трубки с высокой пропускной способностью )362). Для давлений вплоть до 1О-'мм рт. ст. адекватным считается параметр в 20 мм, тогда как для более глубокого вакуума рекомендуются трубки г) = 26 мм.
Еще одним важным явлением, ограничивающим нижний предел измеряемых ионизационпыми манометрами давлений, является процесс десорбции газа с коллектора электронов за счет электронной бомбардировки. Как обнаружил Рэдхед, небольшая часть кислорода, десорбированного с молибденовой сетки под воздействием электронов 90 эВ, ионнзируется. В стандартном манометре Баярда †Альпер фоновый ток этих положительных ионов кислорода эквивалентен давлению 1О э мм рт.
ст. Таким образом, часто процесс электронной десорбции может оказаться более важным фактором, определяющим нижний предел манометра, чем эффект рентгеновского излучения )364). Согласно Рэдхеду )363) адсорбнрованный кислород может быть удален бомбардировкой электронами 1 кэВ с общей мощностью 12 Вт см-э в течение нескольких минут, У1верждается, что эта процедура более эффективна, чем общепринятый прогрев сетки сквозным током. В. Анализ спектра остаточных газов Для понимания и контроля механизмов взаимодействия остаточных газов с процессами роста тонких пленок часто необходимо знать не только общее давление, нб и состав атмосферы остаточных газов в системе.
Све. денна о парциальных давлениях отдельных газов важны также и для распознавания вклада процесса обратного потока паров из насоса, для иден. тнфикации источников выделения газа, для выяснения влинния того или иного газа на свойства пленок и для опенки эффективности таких процеду , кзк прогрев или очистка подложки в тлеющем разряде.
й змереиие парциальных давлений в высоковакуумных системах осуществляется с помощью масс-спектрометров, принцип работы которых основан нз разделении ионизированных молекул в зависямости от отношения массы иона к его заряду н последующем измерении соответствующих ионных токов. Масс-спектрометры, предназначенные специально для высоко- вакуумных исследований, принято называть анализаторами остаточных газов (АОГ). Их отличительными особенностями являются высокая чувствительность н возможность прогрева с тем, чтобы гааовыделение самого 331 Гл. 2. Техника высокого вакуума анализатора ие препятствовало идентификации малых парциальных дав. лений газов в исследуемой вакуумной системе.
Серийно выпускается уже целый ряд типов таких приборов. Для разделенна ионов в ннх используются различные комбинации магнитных, электростатических нли злектродннзмических полей. Характеристики отдельных типов АОГ заметно различаются, и при выборе прибора для данного частного применения необходимо учитывать особенности каждого типа. 1) Рабочие параметры анализаторов остаточных газов. Все анализаторы остаточных газов состоят из трех функциональных блоков: иоииза. тора, анализатора и системы детектирования. Принципиальные отличия разных типов приборов относятся в основном к зиализаторяым блокам, в которых для разделения ионов используютсн различные методы.
Блоки ионизации н детектирования различаются мало. Наиболее важными Параметрамн, характеризующими пригодность анализатора для данного частного применения, являются чувствительность, разрешение, диапазон регистрируемых масс и скорость сканирования. Для ионнзации частиц остаточных газов используются потокя быстрых электронов. Электронный луч формируется из эмиттнрованных катодом электронов с помощью электрического поля и соответствующих зпертур.
Поскольку катод при экспозиции его в атмосфере таких химически активных газов, как кислород, быстро выходит из строя, рабочий интервал давлений АОГ ограничивается давлением 10-4, я иногда, и 1О-з мм рт. ст. Обусловленный электронным током У, ионный ток 1ь возбужденный на пути длиной 1 в атмосфере газа с давлейнем р, описывается уравнением (25), равд. 6 Б, 4) )г — 1е1пР Значения вероятности ионизации о для большинства обычных газов лежат в пределах 1 — !О см ' мм рт. ст.-'(см.
рис. 1О1), Величины электронного тока и длины пробега электронов в реальных АОГ меняются в интервалах, соответственно, от 0,1 до ! мА и от 1 до 2 см. Таким образом, по порядку величины ионный ток генерируемый в АОГ, варьируется в пределах 1О-з р — 10-' ° р (Л). Вследствие того, что в большей части приборов эмиссионный ток все же меньше 1 мА, з также из-.за потерь при прохождении через анализатор ток ионов, достигающий коллектора, обычно ближе по величине к 10-4 р (А).
Следовательно, для детектирования нарцнального давления газа в 10г ы мм рт. ст. коллектор и регистрирующие сястемы должны чувствовать ток ионов порядка 10 'Ф А, что эквивалент. цп приблизительно 6000 ионам/с, Электрометры и усилители с такой чувствительностью уже выпускаются.
При использовании а схеме детектора вдектронного умножителя нижний предел измериемых давлений может быть еще уменьшен. С его помощью удается регистрировать тони до )О-зт А, что соответствует давлениям порядка !О-'з мм рт. ст. Дальнейшее расширение рабочего диапазона в сторону меньших'давлений зависит от увеличения эффективности яонного источника /11)г. Это удалось достигнуть в квадрупольном масс-спектрометре, в котором для регистрации давлений вплоть до 10-зй мм рт. ст.
используется эмиссионный ток в 10 мА. Отношение величины ионного тока к давлению часто называют чувствительностью АОГ, хотя этот параметр при сравнении различных анализаторов качество прибора характеризует неоднозначно. Оказывзется, что более целесообразно характеризовать его в единицах мм рт. ст.
на одно деление шкалы пркбора. Последний пзраметр указывает качество самой системы детектирования и непосредственно соответствуег минимальному давлению, разрешаемому выходной схемой. Чувствительность прибора 332 б. Вакуумные измерения зависит от рада газа, поскольку величина ионного тока пропорциональна вероятности ионизация. Поэтому изготовителем обычно указывается величниа чувствительности для азота (М 26). Для большинства АОГ выходной прибор регвстрируат ионный ток, соответствующий некоторому интервалу маса вокруг некоторого заданного значения. Однако обычно требуется иметь непрерывную запись результатов измерений. Поэтому АОГ для записи полного спектра масс во всем интервале измерений прибора оборудуются самописцами ялв двухкоордянатнымн характернографамн.
Для нсследованяя быстрых азмеиений со- Ряс. та9. Разрешение аеаавзатоэа еетатечимх газам а- юч-яое аоляяаое заазеаеиае аая массм лй 6 ехваачвое раармзеяве хая массы ы. става атмосферы остаточных газов быстродействяе таких мехаияческнх устройств может оказаться недостаточным. Для втях целей лучше испольэовать шлейфовые осцнллографм. Онн снабжены аеркальнымн гальвэлометрзми, а запись в них производится световым лучом на ленте быстро движущейся фоточувствительной бумаги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
