Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 97
Текст из файла (страница 97)
пения атомов. Б. Исторический обзор Осаждение металла в результате ионного (катодного) распыления а тлеющем разряде впервые наблюдал Гроув в !852 г.ч> Всем, кто желает в полной мере оценить прогресс, достигнутый в области ионного распыления со времени этой первой работ>а, рекомендуется прочитать статью [1) Устройство, описанное Гроувом, приводится на рис ! История исследования ионного распыления весьма полно и на достаточно высоком научном уровне представлена в ряде работ обзорного характера [2 — 6). Оригинальные статьи по ионному распылению публикуются теперь во многих жур.
папах. Лля того, чтобы быть в курсе новых работ в этой области, следует регулярно просматривать журналы, которые содержат в своих тематиче- ч> Поскольку в тлеющем разряде распылялся материал катода, появился соответствующий термин гкатодное распыление», который теперь нельзя признать вполне современным. (Лрнж ред.) 12' Гл. 3. Физический механизм ионного распыления ских, указателях раздел «Распыление». К таким журналам относятся «Сйещ[са! АЬз!гас[а» и «РЬуысз АЬз1гас1з». Довольно полный обзор публикуемых работ по использованию ионного распыления для получения.тон.
ких пленок приводится в разделе «Вакуум» реферативных журналов. Полная библиография работ, связанных с атомными и молекулярными процессами, происходюцими при распылении, дважды в год публикуется Информационным центром атомных и молекулярных процессов при Ок-Риджской Национальной лаборатории. Эта же организация раз в два года издаег Рае.
!. у«гревс«»е К»а»аа»юн«»н««атед»его засни»с»н«, аа»«анне« Грет»еи [Г!. весьма полезный Международный Справочник об исследователях в области атомных и молекулярных столкновений. В последние годы количество работ по распылению сильно. возросло. Так, например, в «РЬуз[сз АЬз[гас[з» в !966 году было аннотировано пять работ, В [967 г. число таких работ превысило 100. Однако по мере того, как постепенно становится ясной сущность основных явлений, центр тязгестя работ по ионному распылению начинаег перемещаться от исследования мишени к исследованию подложки, на которую наносится пленка, или, другими словами, от фундаментальных физнчесннх исследований к вопросам прикладным.
В силу етого относительное число статей, посвященных ионному распылению, постепенно уменьшается в журнале «РЬуз!са[ Вез[ем» н неуклонно возрастает в «донгпа[ о[ Аррйед РЬуз!сз» и таких специализированных журналах как «Бог[все Зс[еп. се», «Тщп Яо!Ы Р[!щз», «ТШп Р[!щз» н «3опгпа[ о1 Часппщ Во[енсе апд Тесйпо[ойу». Излюбленным местом встреч ученых, занимающихся физикой ионного распыления, в течение многих лет является Международная нонференция по ноннзационным явлениям а газах, созываемая рвз в два года.
Знакомясь с историей исследований ионного распыления более чем за сто лет, можно перечислить ряд работ, сыгравших выдашщУюся роль в про- 356 1. Введение грессе наших представлений о физических основах этого явления. Краткое изложение основных работ представляется нам трудной задачей. Кроме того, мы вполне сознаем, что многие работы, не рассмотренные здесь нами подробно, являются весьма важнымн, тзк как их результаты также способ.
ствовалн успеху последующих исследований. В основе исследований ионного распыления'вплоть до 1923 г. лежал простой тлеющий разряд в газе с давлением от О,! до нескольких миллиметров ртутного столба. В ряде работ фон Хиппеля и Блехшмидта [7 — 9) проведен тщательный а~галие про. цессов распыления в тлеющем разряде, причем нми рассмотрены многие интересные детали, такие как спектроскопии распыленных нейтральных атомов и распределение бомбзрднруюшнх ионов по скоростям. Хотя тлеющий разряд и используется широко для получения тонких пленок, однако в силу следующих обстоятельств не отвечает основным требованиям, которые должны удовлетворяться при проведении физических исследований ионного распыления: 1.
Длкна свободного пробеге ионов и распыленных атомов настолько мала, что ноны, достигающие мишени, имеют большой разброс по энергиям и неопределенный угол падения. 2. Часть распыленного материала рассеивается н попадает обратно нз мишень. 3. Нельзя изменять независимо энергию бомбардирующнх ионов, плотность ионного тока н давление газа. 4. Невозможно работать с очень низкими энергиями бомбарднрующнх ионов, например, порядка пороговой энергии, поскольку самостоятельный тлеющий разряд не может существовать при напряжениях, меньших не. которого характеристического значения. 5.
Обмен зарядом между ионами и атомами гнзз в приклтодной области услохгняет интерпретацию результатов. Существование всех этих недостатков стали замечать после создання ртутных выпрямителей и тнратронов. Эти приборы работают прн значительно меньших дзвленнях газа, чем давлении, необходимые для существования тлеющего разряда. Было обнаружено, что катоды тиратронов рззрушзлнсь, если они не прогревались до рабочей температуры, и поэтому напряжение разряда (следовательно, и энергия бомбарднрующих ионов) воз. растало и становилось выше некоторого критического зизчения. Из этих наблюдений были получены первые данные по пороговым энергиям ионного распыления [!О). Ззвиснмость коэффициента распыления от энергии бомбардирующик ионов впервые исследовали Гюнтершульце и Мейер [11, 12).
Поддерживая разряд с силой тока в несколько ампер прн достаточно низких давлениях гааз (менее 10-' мм рт. ст.), оня получили плазму большой плотности в пространстве между термоэлектронным оксидным катодом и анодом, Пря таких давлениях длина свободного пробега ионов и распыленных атомов становится сравнимой с размерами газоразрядной трубки или даже более цх. Поместив в плазму в начестве третьего самостоятельного электроде мнШеиь, онн заложили основу трехэлектродиой системы ионного рзспылеиня.
Пеннннг и Моубнс (13) изучали возможность использования магцятных полей для подавления вторичных электронов н для увеличения плотности плазмЫ. Долгое время шнроким прнзнвнием пользовалась теории, объясняющая И иное распыление термическим иепзреннем втомов. Однако уже в 1903 г. тарк [!4) объяснял процесс ионного распылении из основе ззконов атомных соударений. Многие эисперименты привели к результатам, противоречзщим механизму термического испарения. К твким дзнным относятсн. в частности, высокая энергия, которой облвдцют распыляемые атомы, отсут- Гл.
3. Физический механизм ионного распыления стане термоэлектроиной эмиссии из точек соударсния ионов с мишенью, отсутствие зависимости коэффициента распыления от теплопроводности материала мишени и от температуры мишени. В 1942 г. Фетц [15] установил, что коэффициент распыления увеличивается с увеличением угла падении (относительно нормали к поверхности) бомбарднрующих ионов.
Помимо этого, Венер показал, что прн наклонном падении на мишень ионов с низкой энергией (меньше 1 кэВ) распыляемые атомы испускаются преимущественно в «прямом направленииэ, т. е. в направлениях, близких к направлению падения ионов [16]. Оба эти эффекта несовместимы с представлениями о термическом пспареняк как механизме ионного распыления. Интересный эффект травления в результате ионного облучения поли. кристаллической мишени обнаружен еще в 1912 г, штарком и Вендтом [17]. Результаты их работы убедительно свидетельствуют о том, что коэффициент распыления должен зависеть от ориентации кристалла. Первые исследования распыления монокристаллов были проведены лишь 30 лет спустя.
В 1955 г. Венер [18] обнаружил довольно неозкиданное явление, свя. званое с ионным распылением монокристаллов. Он установил, что прн ионном распылении атомы испускаются преимущественно вдоль направлений плотной упаковки кристаллической решетки. При вакуумной сублимации монокристаллов ничего подобного не наблюдалось.
С этого времени изучение закономерностей преимущественной эмиссии атомов при ионном рас. пылении монокристаллов стало предметом многих эксперимевтальных и тео. ретических исследований. Флуит [19) облучая монокристаллы пччком зонов под различными углами падения, обнаружил, что кривая зависимости коэффициента распыления монокристалла от угла падения ионов ичеег максимумы и минимумы, причем минимумам коэффициента распыления соответствуют такие направления пучка относительно кристалла, вдоль которых модель кристаллической решетки имеет наибольшую прозрачность и по которым ноны могут наиболее глубоко пронииать в глубь кристалла. Алмен и Брюс [20, 2!], исследун различные комбинации бомбардирующий ион †металл мишени, обнаружили прямую связь между коэффициентом распыления н количеством ионов, накопившихся в мишени. Большим коэффициентам распыления всегда соответствовала визкая эффективность внедрения и на.
оборот. Распределения по энергиям и у~лам выброса вторичных ионов, отраженных от металлической мишени нли распыленных с ес поверхности ври наклонном падении ионов, исследовали Панин[22], а более подробно †Да н Сноук [23]. Было установлено, что результаты исследований, как и опыты по рассеянию ионов ка атомах газа,.можно довольно точно описать на основе модели парных соударений между ионами и одиночными изолиро. ванными атомами поверхности. Руководствуясь получившим признание механизмом передачи импульса, естественно было попытаться обнаружить атомы, распыляемые с задней стороны мишени при бомбардировке ионами передней ее поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
