Диссертация (1144206), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Будут приведены зависимости уширения от величинынапряжения, расстояния между сетками и размера ячеек анализирующейсетки. Будут показаны пути оптимизации характеристик прибора.В разработанном и созданном нами в рамках микроэлектроннойтехнологии планарном энергоанализаторе [A11] сетки были изготовлены сиспользованием технологии плазмохимического травления. Ячейки сетокимеют форму правильного шестиугольника со стороной 27,5 мкм, толщинапроволоки (металлизации) 10 мкм (рис.
82). Геометрическая прозрачностьтакой сетки составляет примерно 70%.141Рисунок 82: Изображение сеток с шестиугольными ячейками в планарномэнергоанализаторе, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопаРасстояния между сетками составляют 600 мкм. Такой компактныйэнергоанализатор, в отличие от классического энергоанализатора (см. Главу3), не требует помещения в дополнительную камеру с более низкимдавлением.Далеебудетпредставленатехнологиясозданиятакогокомпактного энергоанализатора.7.1Технологияизготовлениясетокэнергоанализаторасшестиугольными ячейкамиСетки энергоанализатора являются наиболее важной его частью. Онидолжны быть механически прочными и планарными в латеральнойплоскости, не должны иметь острых выступающих краев, которые могутприводить к искажению электрических полей и должны обеспечиватьдостаточную геометрическую прозрачность.
В работе [211] математическидоказывается, что при разбиении плоскости на участки равной площади,142правильныйшестиугольникимеетнаименьшийпериметр,чтоприоптимальной толщине металлизации будет обеспечивать наибольшуюгеометрическую прозрачность шестигранных сеток.Как правило, для изготовления сеток применяется технологиягальванопластики с осаждением никеля [212], химическое травлениенержавеющей стали через фоторезистивную маску [213] и лазерная резкаметаллических молибденовых фольг [214].В данной работе представлен метод получения металлических –золотых сеток с использованием технологии плазменного травления.Использование золота в качестве материала сеток предпочтительно, в виду,своей химической инертности, по сравнению, с использованием никеля илимолибдена.
А также ввиду, низкого электрического сопротивления иудобства пайки электрических контактов.7.1.1 Технологическиймаршрутизготовлениясетоккомпактногоэнергоанализатора с шестигранными ячейкамиПроцесс изготовления шестиугольных сеток представлен несколькимитехнологическими этапами, которые в микроэлектронике принято называтьтехнологическим маршрутом:1. На кремниевую пластину диаметром три дюйма (75 мм) толщиной 300мкм электронно-лучевым методом напыляются металлы 500Å Ti/1500ÅAu/500Å Ti .-- Si- Ti- Au2. Фотолитография шестигранных сеток, высота фоторезиста ≈ 6 мкм.- Фоторезист1433.
Химическое вытравливание верхнего слоя титана в открытых окнахметаллизации сеток в водном растворе плавиковой кислоты (HF:H2O=1:20).4. Гальваническое осаждение ≈ 6 мкм Au в окнах с ранее удаленнымверхним слоем Ti.5. Удаление фоторезиста.6. Химическое вытравливание напыленной металлизации 500 Å Ti/1500 ÅAu/500 Å Ti в ячейках шестигранных сеток, которые ранее былизакрыты фоторезистом.7. Утонение пластины до 100 мкм.8.
Плазмохимическое вытравливание кремния в среде SF6/O2 в ICPрежиме(на установке плазменного травления ICP-RIE, описанной ранее в главе 3) воткрытых ячейках через металлическую маску сеток, после разделенияпластины на отдельные чипы. Потоки газов SF6 и O2 составляли 50 sccm и5 sccm соответственно; рабочее давление в камере – 20 mTorr и мощность,144вложенная в ICP источник – 500 W. Данный режим плазмохимическоготравления был подобран таким образом, чтобы обеспечить практическиизотропное вытравливание кремния и минимизировать распыление золотыхсеток за счет отсутствия дополнительной RF мощности, приложенной книжнему электроду, регулирующей величину напряжения смещения наподложке, которое ответственно за физическую составляющую процессатравления, т.е.
распыление.Таким образом, кремний полностью вытравлен в открытых ячейках ипод металлическими сетками и получена сетка, как бы, «висящая в воздухе».На рисунке 82 можно видеть полученные с помощью плазменного травленияшестиугольные сетки со стороной правильного шестиугольника - 27,5 мкм итолщиной металлизации – 10 мкм и геометрической прозрачностью около70%.Для изготовления четырехсеточного энергоанализатора необходимоизготовить четыре сетки с контактными площадками для подведениясоответствующих потенциалов к ним. Для этого был спроектированфотошаблон (рис.
83), позволяющий производить фотолитографию напластине диаметром три дюйма и далее проводить её по технологическомумаршруту, описанному выше.145Рисунок 83: Изображение фотошаблона для изготовления сеток энергоанализатораКак видно из рисунка 83, представленный фотошаблон позволяетполучить двадцать чипов. Шестнадцать чипов имеют прямоугольную формуи размеры 10 мм × 12.5 мм и четыре чипа имеют размеры 10 мм × 10 мм. Вкаждый чип вписан квадрат 5 мм × 5 мм, в котором формируютсяшестиугольные сетки (рис.
84).146Рисунок 84: Вписанный в чип квадрат 5 мм × 5 мм, в котором сформированы плазменнымтравлением шестиугольные сетки. Изображение получено с помощью сканирующегоэлектронного микроскопа7.1.2 Сборка четырехсеточного компактного энергоанализатораПри сборке энергоанализатора каждая сетка электрически изолируетсяс помощью слюдяной пластины толщиной 600 мкм, в которой вырезано, спомощью лазерной резки, окно 5.5 мм × 5.5 мм. При сборке на слюду с обеихсторон наносился вакуумный (позволяющий в дальнейшем работать вусловиях высокого вакуума) клей, обеспечивающий соединение междучипами и слюдяной изоляцией.
На рисунке 85 изображена схема сборкичетырехсеточного энергоанализатора со слюдяной изоляцией. При этомпрямоугольные чипы развернуты друг относительно друга для удобствапайки на контактные площадки.147Рисунок 85: Схема сборки четырехсеточного энергоанализатора со слюдяной изоляциейна поликор плате с контактными площадками7.1.3 Корпусирование компактного энергоанализатора.Корпус компактного энергоанлизатора был выполнен из нержавеющейстали и состоял из двух деталей: основы и крышки (смотри рис. 86). Междусобой детали корпуса соединялись болтовым соединением (смотри рис.
86 в),г)).Энергоанализатор монтировался на плату 5 см × 5 см из поликоратолщиной 300 мкм с напыленными контактными площадками. На рисунке 86а) и б) можно видеть четырехсеточный компактный энергоанализатор наполикор плате с припаянными проводами, коммутирующими чипы с сеткамии контактные площадки на поликор плате. Также на поликор плате припаяныпровода в изолирующей оплетке, подводящие сигналы на плату, в том числеи провод, снимающий ток с коллектора.148б)г)в)Рисунок 86: а) Вид сверху компактного четырехсеточного энергоанализатора наполикор плате, расположенной в основе корпусе; б) Вид сбоку компактногочетырехсеточного энергоанализатора на поликор плате, расположенной в основекорпусе; в) крышка корпуса энергоанализатора; г) компактный энергоанализатор вкорпусе7.2Проверка работоспособности энергоанализатораДля проверки работоспособности и влияния эмиссии вторичныхэлектроновссетоксозданногокомпактногоэнергоанализатораиспользовался источник электронов, схема которого приведена на рисунке88.Источникэлектроновразмещалсянепосредственнонакорпусекомпактного энергоанализатора, который в свою очередь располагался на149нижнем заземленном электроде внутри газоразрядной камеры.
В источнике вкачестве эмиттера электронов использовалась вольфрамовая накальная нить(длиной 7 mm). Между эмиттером и заземленным основанием источникаподавалось напряжение Uacc = -70 V. Таким образом, на выходе из источникаимеется поток термоэлектронов,Рисунок 87: Конструкция источника электронов и схематическое изображениеисследуемого четырехсеточного энергоанализатора, использованных в эксперименте.Источник: 1 – эмиттер (вольфрамовая нить); 2 – диэлектрические вставки междупроводящими элементами источника электронов; 3 – проводящая пластина с отверстием(диафрагма); 4 – сетка; 5 – заземленная проводящая пластина (основание источника).Энергоанализатор: 6 – первая сетка анализатора (заземлена); 7 – вторая сеткаанализатора; 8 – третья (анализирующая) сетка анализатора; 9 – четвертая сеткаанализатора; 10 – коллекторускоренныхпотенциаломUacc.Накальноенапряжениянаэмиттереустанавливалось равным 2 V.
В зависимости от знака приложенногонапряжения, электроны могли приобретать энергию в интервале 68 ‒ 70 eVили 70 – 72 eV, в зависимости от места эмиссии частиц с нити. Диафрагма –пластина с диаметром отверстием 1,5 mm (рис. 87) – предназначена дляограничения поперечного сечения электронного пучка.
Отверстие диафрагмыбыло закрыто сеткой для снижения искривления траекторий движенияэлектронов из-за провисания потенциала. Между диафрагмой и основаниемисточника подавалось напряжение Ud = -35 V. Расстояние между эмиттером и150диафрагмой составляет 5,5 mm, между диафрагмой и основанием источника– 11,5 mm.В ВЧЕ разрядах энергия ионов, как правило, не достигает keVдиапазона, и вторичная ион-электронная эмиссия происходит за счетмеханизма потенциального вырывания. При этом коэффициент вторичнойэмиссии ≈ 0,1 и слабо зависит от энергии ионов [216]. Максимальнаяначальная энергия вторичных электронов εmax = e(Ii - 2φ), где Ii – потенциалионизации нейтральной частицы, φ – работа выхода, и εmax не превышаетвеличину 15 ÷ 25 eV для металлов.
При измерении функции распределенияпо энергиям для ионов из плазмы ВЧЕ разряда на вторую сетку подаетсяотрицательный потенциал U2 < 0, по модулю равный удвоенномуамплитудному значению приложенного ВЧ напряжения, которое составляетсотни вольт. Таким образом, вторичные электроны, стартующие с первойсетки, отражаются от второй сетки из-за малой энергии и не достигаютколлектора. Вторичные электроны с третьей сетки (U3 > 0) возвращаютсяобратно на сетку и также не достигают коллектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
