Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 96
Текст из файла (страница 96)
Это вызывает десорбцню, химические реакции, полнмеризацню и т. д. К аналогичным эффектам приводят электронное облучение или освещение. При кинетических энергиях, превышающих энергию связи атомов (определяющую теплоту сублимации материала мишени). возникает новое явление. Атомы решетки перемешаютсн в новые положения, что приводит к поверхностной миграции атомов н поверхностным повреждениям. Прн энергиях, превышающих приблизительно ФН (Н вЂ” теплота. сублимации материала мишени), решавшую роль начинают играть выбивание атомов из пбверхнастн и их выброс в газовую фазу.
Этот процесс назовем физическим ионным распылением. Прн бомбардировке мишени злектроками для наступления акта физического распыления чистой металлической поверхности была бы необходима намного большая кинетическая энергия (например, около 500 кэВ для Си), так как обмен энергиями между легким элеи. тройом н тяжелым атомом мишени весьма неэффективен. В щелочно-гало.
нднык мишенях можно с помощью электронов с малой хинетической-энергией (100 эВ) легко проделывать отверстия, но этот процесс основан иэ диссоциацни и испарении, а не нз физическом распылении. Для бомбардировки обычно используются не нейтральные атомы, а воны, так как с помощью электрических полей их можно разгонять до любой желаемой кинетической энергии. Однако не следует ожидать, что эффекты физического распыления (при энергиях значительно больших пороговой) будут различными для ионов н нейтральных атомов.
В действительности, как следует из ионной полевой микроскопии, ион, по крайней мере нз чистой поверхности металла, нейтрализуется посредством авто- электронной эмиссии непосредственно перел столкновением с поверхностью. Затем энергия нейтрализации передаетсн через безызлучательиый переход (Оже-типа) электронам материала мишени и может вызвать непускание вторичного электрона, Таким образом, вообще можно утверждать, что'по. текциальная энергия иона вызывает электронные переходы,'тогда как его кянетическая энергия в основном вызывает колебания н перемещения ато. мов кристаллической решетки. Распыление всегда связано с поверхностной миграцией атомов я обратимыми нли необратимымн нарушениями в ре. щетке.
до сих пор понимание процесса физического распыления осложия. 12 з . эаа Гл. 3. Физический механизм ионного распыления ет то обстоятельство, что пороговые энергии распыления по существу ие зависят от масс сталкивающихся частиц илн от коэффициента передачи энергии. По-видимому, это означает, что при очень низких кинетических энергиях столкновения частиц нельзя рассматривать как независимые парныс столкновения. В столкновение могут вовлекаться другие соседние атомы, и это потребует введения некоторых эффективных атомных масс.
В случае кинетических энергий, значительно превышающих пороговую, имеется весьма убедительное доказательство того, что распыление является результатом ряда независимых парных столиновений такого же типа, как если бы ион !или нейтрализованный иои) сталкивался с атомами облака газа. Здесь, конечно, решающую рать играют отдельные массы каждой из сталкивающихся частиц. Следовательно, можно сказать, что в этой об.
ласти энергий распыление больше всего похоже иа атомный биллиард в трехмерном пространстве. Если бомбардировка поверхности осуществляется при нормальном падении ионов, то для испускания распыленных атомов необходимо более чем одно столкновение, так как направление вектора импульса должно быть изменено более чем иа 90 .
распыление атомов или ионов, являющееся результатом единичного столкновения между ионом и поверхностным атомом, можно обнаружить только при наклонной бомбардировке. Представления биллиардной игры применимы также и к бомбар. дируюшему иону. Если его масса меньше массы атома мишени, ои может быть рассеян или отражен обратно в результате единичного столкновения. Если же масса кона больше массы атома мишени, то он может отразиться обратно только в результате более чем одного столкновения, При кинетических энергиях, превышающих примерно !00 эВ, ионы начинают яиеа .ряться в кристаллическую решетку мишени.
Для ионов Аг+ глубина проникновения в Сц равна приблизительно 10 Л/кзВ. Структура и ориентация кристалла являются важными факторами, определ пошими глубину проник новенив. По мере того, как происходит распыление, устацавливастси равновесное состояние, прн котором внедренные ионы распыляются так же, как и атомы мишени. Эффекты распыления, вызываемые бомбардировкой мо. лекулярными ионами, можно легко объяснить на основе представлений, развитых для процесса бомбардировки одиночными атомами, если предположить, что атомы, составляющие молекулу, падают на мишень с той же скоростью, что и молекула.
Когда скорости бомбардиру!оших ионов дости. тают 10а — 10' см/с, к потенциальной Оже-эмиссии вторичных электронов добавляется кияетическая эмиссия вторичных электронов. Коэффициент вторичной эмиссии ч может составлять много электронов па один падающий ион. Если проводится рыспылсние при энергиях ионов выше 8 кэВ, следует помнить об опасности рентгеновского излучения, которое могут вызвать эти вторичные электроны. При еще более высокой кинетической энергии доминирующими явлениями становятся все более увеличивающиеся объемные нарушения решетки и глубокое проникновение ионов.
По аналогии с биллиардными шарами в этом случае шары, изображаюпше атомы решетки, следует располагать несколько дальше один от другого, В результате коэффициенты распыления (атомов иа ион) перестают возрастать пропорционально энергии ионов н достигают слабо выраженного максимума, который для более легких ионов соответствует значительно меньшим энергиям (для Н+ при 2 кэВ), ~ем для тяжелых ионов !Нй+ при 50 100 кэВ). Если мишенью является тонкая фольга, то прн достаточно высоких энергиях 1Мэ — протоны) можно фактически наблюдать большее распыление с тыльной поверхности фольги, чем с лицевой.
При о ~еиь высоких энергиях ионов или частиц предмет обсуждения скорее относится к сфере радиапиоиных повреждений, чеч к эффектам распыления. Обла. ~ь энергий ионов, представляющая наиболыпий интерес для получения тонких 354 1, Введение пленок методом ионного распыления, простирается от пороговой знергчи (как, например, в схемах распыления со смешением, см. далее) до гвб кэВ. Измерения коэффициента распыления и средних скоростей распыляемых атомов (которые намного больше, чем скорости испаряемых атомов) показывают, что распыление являетсн аесьмз неэффективным процессом, так как обычно более 95ай энергии ионов выделяется в мишени в виде тепла.
1(оэффициенты распыления для разных материалов редко различаются более че» в !О раз. Например, скорость распыления вольфрама в аргоне толь. ко в два раза меныпе скорости распыления алюминия, в то время как скорости испарения этих двух металлов (при 2000'С) различаются на аевять порядков. Аналоги > с биллиардной игрой обаясняет (по крайней мере до нзвест. нои степени) предпочтительный выброс распылнемых атомов в направлениях плотной упаковки кристаллической решетки, Эту особенность ионного распыления под>вердилп расчеты на ЭВМ и эксперименты, напоминающие биллиарлную игру. Олнако не следует упускать нз вида некоторые важные различия между распылением атомов и столкновением биллиардных шаров.
Прн больших скоростяк бомбардировки нужно не только уменьшать относительные размеры биллиардных шаров, но н помнить, что этя шары уже не являются твердыми сферами и не могут оставаться «непаврсж. деннымиж Некоторые атомы, особенно в случае металлических поверхностей, загрязненных адсорбированными примесями, или в случае диэлектрических мишеней, могут испускаться в возбужденном состоянии илн в виде отрицательных нли положительных ионов. Вследствие этого сушествует разница, которую часто не замечают, между ионно-лучевым распылением в отсутствие электрического поля и ионно-плазменным распылением, пря котором мишень находится под отрицательным потенциалом относительно окружающей ее плазмы.
В последнем случае испускаемые положительные ионы возвращаются обратно на мишень, тогда как отрицательные ионы (как и вторичные электроны) ускоряются в направлении от поверхности мишени Этн отрицвтельныс нойы (часто кислород или углеводороды) могут вызвать вторичное распыление материала на подложке нлн где-либо в устройстве, куда онн еше могут попасть. Масс.спектрометрический ана. лиз положительных ионов, выбитых из мишени путем конно-лучсвого рас. пылення, обнаружил удивительное и еще пе объясненное явление: часто многие из распыленных ионов представляют собой целые заряженные скоп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
