Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 98

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

Текст из файла (страница 98)

Однако эксперименты, проводившиеся в этом направлении при низких энергиях бомбардирующих ионов, не давали ожидаемых результатов, так как в этом случае коррозия образца за счет распыления оказывалась настолько сильной что возникали осложнения, связанные с ноняым протравливзнием н образованием сквозных отверстий.

Томпсон облучал мононри. сталлическую золотую фольгу протонами с энергией порядка 1ОаэВ [24]. При таких высоких энергиях н соответствуюпгих толщинах фольги он смог получить больший выхол распыляемых атомов с задней стороны фольги, чем с передней. 1. Введение В результате создания Мюллером автоионного микроскопа появи.тся эффективный метод исследования повреждений кристаллической решетки и выбивания атомов в результате отдельных столкновений. Сикха и Мюллер [25] впервые облучили вольфрамовое острие, охлажденное до температуры жидкого водорода, атомами гелия и ртути (полученными в результате пе.

реззрядкн одионмецных ионов) с энергией 20 кэВ. Созданные в результате такого облучения разрушения решетки состояли из вакансий атомов в межлоузлиях н скоплений дефектов Из всего вышесказанного следует, что механизм ионного распыления весьма сложен. Трудно сформулировать теорию, которан позволила бы предсказать результаты эксперимента без игпользования подгопочных параметров. Это объясняется тем, что процесс распыления зависит от множества параметров, таких как кинетическая энергия ионов, электронная структура сталкивающихся частиц, структура и ориентация кристаллической решетки, энергия связи атомов в решетке и т. д, Основная трудность, по-видимому, заключается в выборе потен. циалов взаимодействия между бочбардирующим ионом и атомом мишсни, а также между двумя атомами мишени.

Обьяснить ионное распылснне на основе теории радиационных разрушений впервые попытался Кейвелл [26]. Моделирование процессов столкновения на ЭВМ первыми ввели Гибсон с сотрудннкамн [27]. Картины осадка (системы навыленных пятен, характеризующие преимущественные направ ления испускания распыленных атомов), наблюдавшиеся при ионном распылении монокристаллов, интерпретировались как прямое доказательство фокусировки при столкновениях в цепочке атомов. Однако отчетливые картины осадка были получены даже для кристаллических решеток, в ко торых невозможна фокусировка при столкновениях (Ое, З)), илн в гексаго. нальной плотно упакованной решетке в направлениях, построенных из зигзагов.

Подобные нартнны были получены даже для энергий ионов, при которых в цепочке столкновений не могло участвовать более двух или трех атомов решетки. Все зти факты ускорилн пересмотр представлений касающихся механизма ионного распыления. Гаррисон с сотрудниками [2й] а также Леманн и Зигмунд [29] пришли к выводу, что в ионное распыление фокусирующие цепочки вносят очень малый вклад Ионное распыление является в основном результатом столкновений, происходящих вблизи по верхнасти, и картину осадка можно объяснить, рассматривая столкновения только в трех приповерхностных атомных слоях.

Гаррисон считает, что со временные вычислительные машины ие обладают необходимыми емкостью памяти и быстродействием, чтобы полностью смоделировать процесс нон ного распыления, В настоящее время наиболее исчерпывающее теоретическое исследование процесса ионного распыления провел Зигмунд [ЗО]. В. Возможности применения В течение многих лет интерес к эффекту ионного [катодного) распыления проявляется с самых различных сторон. Во многих газоразрядных устройствах катодиое распыление является вредным явлением, поскольку оно приводит к эрозии электродов, разрушению активных поверхностных слоев катодов с малой работой выхода, нежелательному осаждению распыляемого материала на стенках н смотровых окнах приборов, изменениям давления газа в системе в результате газопоглощения Короче говоря, очень часто это явление уменьшает срок службы подобных устройств, в том числе и газовых лазеров.

Таким образом, задача нахождения путей н способов уменьшения натодного распыления была, а во многих случаях в зьэ Гл, 3. Фнзнческнй механизм ионного расйыленмн остаетск Весьма актуальной. Одним нз интересных решений этой проблемы, которое попользуется в газоразрядных индикаторных трубках, явилось добавление в атмосферу инертного газа небольших количеств ртути.

В этом случае происходят распыление пленки ртутн, кондеисируюшейся нз катоде. Эта пленка за счет конденсация паров ртути непрерывно восполняется, защищая таким образом от распыления находящийся под ней материал катода. Проблемы эрозии электродов являются общими для всех задов ионных приборов, таких как масс-спектрометры, масс-сепараторы, ионные двигатели н плазмотроны. Если нмеет место перезарядка, з частности, нейтрализация ионов, то траекторией быстрых нейтральных атомов управлять невозможно, и эффекты распыления могут наблюдаться там, где их меньше всего ожидают. Диэлектрические поверхности, соприкасающиеся с плазмой, всегда заряжаются отрицательно.

Если в результате этого возникнет плавающий потенциал, который превысит порог распыления, начнется ионное распыление диэлектрика. Подобное может произойти, на. пример, со стеклянными стенками газоразрядной трубки. При термоядерных реакциях возможно распыление стенок контейнера быстрыми нонамн водорода нли дейтерня, даже еслн коэффициент распылення для таках легких новое прнмерно на два порядка меньше, чем для ионов аргона.

К чистоте такой плазмы предъявляются чрезвычайно высокие требования, так как даже очень небольшое число более тяжелых атомов можег приве. стн к нежелательному охлаждению плазмы. Ранее в космических аппаратах, подготавливаемых к запуску в верхние слон атмосферы, опасались распыления окон, гермарегулируюших цокрытяй, поверхности солнечных батарей н т. и. Оказалось, что энергия распылення атомами газа порядка 5 электронновольт не превышает порога распыления, н эффекты распыления в этом случае пренебрежимо малы.

Ионное распыленне наиболее успешно применяется в злектроразрядных яасосах, представляющих собой многояченстые разрядники с разрядом типа Пеннипга с сильным магнитным полем, которое позволяет поддерживать разряд даже при таких низких давлениях, как !О-~з мм рт. ст. Откачнваемые газы накапливаются в титановых пленках, осаждаемых ионным распыленнем, особенно в тех областях, где осаждаемая пленка бомбардируется нонамн газа. С помощью ионного распыления в абсорбцнонной нлн эмиссионной спектроскопии получают атомарные парм, причем лдв зтнх целей начали шнроко использовать газораарядные лампы с полым ка. тодом из различных матеряалов.

Масс-спектрометрня распыленных атомов доведена до такого совершенства, что стало возможным обнаружить один атом прннесн на 1О' атомов основного вещества 13П. Поверхность Луны или других тел солнечной системы, не имеющих защитной атмосферы, должна видоизменяться в результате ее распыления солнечным ветром (главным образом протоны и а-частицы с энергией порядка !Оз зВ1. Хоти скорости такого распыления н весьма малы, однако можно подсчитать, что Луна за 4 1О' лет своего существования должна была потерять пойврдностный слой толщнной 5 † см. Моделирование процесса прн значйтельно более высоких скоростях распыления показало, что под действием солнечного ветра многие порошкообразные минералы темнеют, а на ях поверхности в результате эффектов ионного распыления образуется корка.

Фарнсворт в экспернментах по днфракцнн медленных электронов применял конное распыление для получения атомарио-чнстых поверхностей, Как правило, исследуемая поверхность бомбарднровалась нонамн аргона с энергией меньше 600 зВ, н для получения поверхностн высокой чистоты необходнмо'было удалнть внедренные ионы инертного газа н отжечь радавцнонные дефекты. Промышленностью освоен интересный металлографн. !. Введение ческий электрояиый микроскоп, в котором для построения изображения ис. пользуются кинетические вторичные элсктрнны, испускаемые в результате нонной бомбардировки.

Микроскоп позволяет непосредственно наблюдать ионное трввление кристаллитов с различной ориентацией. В просвечивэю- шей электро»иой микроскопии ионное распыление часто используется для уменьшения толщины образцов. В последнее время широкое распространение в производстве микросхем получила ионное травление мзтеривлов, которые плохо поддаются химиче- ским способам обработки. Комбинацией такого травления с фоторезистив- ным маскированием можно предотвратить подтрввлнваиие фоторезиста и получить более четкий рельеф микросхемы. Эти вопросы подробно рвс- смвтриваются в других глввах настоящей книги. В последнее время более ективной сферой применения эффекте ионного распыления стало осэждеиие пленок и покрытий.

Еще в !877 г. ионное распыление использовалось для изготовленич зеркал !32) В !920-х годах определенной популярностью пользовались изделия из тонкой бумаги, ие которую распылением наносился слой золота. В !930 г. фирма «Вестерн Электрике применила метод ионного распыления для нанесения тонкого слоя золоте на первые восковые оригиналы грзмофанпых плестииок фир- мы Эдифои. Толщину этого слоя увеличивали электролнтическим методом.

Успехи ввкуумной технологии привели к тому, что во многих случвях ионное респыление стало вытесняться более производительным испарением е вакууме. С появлением электронно-лучевого испврения ионное распы- ление для получения пленок тугоплавких материалов, таких, например, как Тв, В! и А!зОэ стало использоввться все реже. Однако углубление па- нимвиня процесса ионного распыления и открытие высокочастотного рас- пыления диэлектриков привели к выявлению таких важных преимушеств способа ионного распыления, которые з ряде случаев делают его предпоч- тительным. В каждом конкретном случае необходимо сопоставлять этот метод с другими известными методами осаждения пленок, которые могут быть, е частности, более производительными или более дешевыми.

Характеристики

Список файлов книги