1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Кондеисируясь на подложке, выбитые частицы образуют пленку. Процесс ионного распыления имеет ряд характерных особенностей, важных с точки зрения тонкопленочной технологии. 1) Как правило, основная часть распыленных частиц представляет собой нейтральные атомы. Лишь небольшая их доля (<1 Ъ) оказывается положительно или отрицательно заряженной. Среди выбиваемых частиц содержится также некоторое количество молекулярных или многоатомных кластеров, зависящее от параметров процесса распыления и материала мишени.
2) Коэффициент распыления, определяемый как число атомов, выбитых из мишени одним падающим ионом, возрастает при увеличении энергии и массы ионов. Типичные зависимости коэффициента распыления от энергии ионов Сп, % и Мо представлены на рис. 2.2. В большинстве случаев при энергии ионов, превышающей несколько тысяч электронвольт, коэффициент распыления увеличивается очень медленно с ростом энергии ионов.
3) Коэффициент распыления зависит от угла падения ионов (см. рис. 2.2) и изменяется пропорционально (сок О) -', где 0 — угол между нормалью к поверхности мишени и направлением движения ионов. Как видно из рис. 2.2, на котором представлены скорости ионного травления различных материалов, наблюдаются отклонения от этой зависимости. 4) В поведении коэффициента распыления существуют также изменения периодического характера, совпадающие с периодичностью свойств элементов в таблице Менделеева.
Однако коэффициенты распыления различных элементов ионами Агт с энергией 1 кэВ отличаются друг от друга не более чем в 5 раз. 5) Коэффициент распыления монокристаллических мишеней возрастает при уменьшении глубины проникновения ионов в кристалл в направлении распространения ионного пучка. 6) Распределение выбиваемых частиц по энергиям подчиняется закону Максвелла и простирается далеко в область высоких энергий. При увеличении энергии бомбардирующих ионов энергия частиц, соответствующая максимуму распределения, изменяется незначительно, и ее величина в среднем на порядок выше энер- м Рассмотренные в данном разделе методы осаждения пленок ранее было принято объединять названием «катодное распылениеж — »!риль перев. 52 Глава 2 100 90 х 70 й 50 е е $ 00 сз Ы \Х 1 8. э- физико-химические свойства поверх компонентного материала (сплава, веществ) не изменяются вследствие ского взаимодействия или обратного ного распыления обеспечивает возмож ния атомов с поверхности мишени и, 90 70' 50' 30' 10' 0 Уаеп падения аанед 0,1 '0 г а в д энергия пенах, кзВ В' Рис.
2.2. Зависимости скорости ионного травлении различных материалов от угла падения ионов (а) и зависимости коэффициента распыления материалов от энергии ионов двух видов, имеюгдих разный угол падения (б). гии термически испаряемых атомов при одинаковых плотностях потоков атомов. В процессе иониоггг распыления легко осуществлять точное регулирование скорости осаждения пленки, так как количество выбиваемых частиц пропорционально числу падающих ионов. Однако, поскольку коэффициенты распыления малы и ионные токи ограничены, скорость осаждения при ионном распылении всегда на один или два порядка величины ниже, чем при термическом испарении, проводимом в обычных условиях. Ионные токи большой плотности ( 100 мА/смз) и соответственно высокие скорости осаждения ( 10 нм/с) могут быть получены только в специальных системах ионного распыления, таких, как магнетронные системы, Заметим, что процесс ионного распыления является низкоэффективным с энергетической точки зрения, поскольку основная часть потребляемой энергии превращается в тепло, что приводит к снижению скорости осаждения пленки.
Если ности мишени из много- соединения или смеси термодиффузии, химичераспыления, процесс ионность послойного удалеследовательно, получения Методы осаждения тонких пленок 53 Таблица 2.3 Скорость распыления различных материалов ионами аргона с энергией 500 эВ при плотности тока 1 мА/смз Скорость распыления, нм/мнн Скорость распыления, нм!мия Скорость распыления, нм!мня Материал мишени Материал мншенн Материал мишени % С65 СаАч Сэар 1п5Ь РЬТе 51С 5!От ЫЬ 1ч! РЬ Рб Р1 51 5п Та Т! 34 210 150 140 140 340 32 40 Ая А1 Ап С Сг Сп Ге Се Мо 39 56 270 110 78 32 150 38 34 200 63 150 4 54 87 50 92 47 2.2.3.1 Ионное распыление в тлеющем разряде Наиболее простой способ генерации ионов связан с созданием нормального тлеющего разряда при остаточном давлении распыляющего газа (обычно аргона), приблизительно равном, однородной пленки, состав которой не отличается от состава мишени.
При использовании нескольких мишеней из различных материалов состав пленки будет определяться соотношением площадей и коэффициентов распыления мишеней. Перестройка поверхности и вторичное распыление ионов оказываются значительными, когда материал мишени имеет низкую температуру плавления и высокий коэффициент распыления, поэтому в таких случаях состав пленки может существенно отличаться от состава мишени.
И наконец, высокая энергия выбиваемых частиц и сопутствующая бомбардировка осаждаемой пленки (которая действует как анод) электронами и отрицательными ионами оказывают значительное влияние на процессы образования зародышей и роста пленки и, в частности, обусловливают высокую адгезию пленок. Скорости распыления различных материалов приведены в табл. 2.3. Процессы ионного распыления, несмотря на их большую энергоемкость, обеспечивают получение наиболее прочных пленок многокомпонентных материалов любого вида.
В течение ряда лет было разработано большое количество вариантов систем ионного распыления, которые отличаются конфигурацией катода, а также способами генерации и переноса ионов. Методы ионного распыления, их характеристики и свойства получаемых пленок подробно обсуждаются в различных книгах и обзорах [! — 4]. Рассматриваемые ниже методы представляют особый интерес, поскольку с их помощью можно получать материалы для тонкопленочных солнечных элементов. Глава 2 1 Па, и постоянном напряжении от 1 до 3 кВ между катодом (мишенью) и анодом (на котором установлена подложка), удаленными друг от друга на расстояние около 5 см. Толщина И катодного темного пространства (на котором падает основная часть приложенного напряжения) обратно пропорциональна давлению газа р (закон Пашена).
В качестве распыляющего газа чаще всего применяют Аг, для которого произведение рй=40 Па см. Поскольку более интенсивная генерация ионов при повышении давления газа сопровождается усилением рассеяния распыленных частиц в результате соударений с атомами газа, существует интервал оптимальных давлений 3,3...!О,О Па, обеспечивающих эффективное осаждение пленок. Из-за столкновений с атомами газа распыленные частицы, достигающие подложки, имеют неопределенный угол падения и большой разброс по энергиям. Вследствие диффузионного механизма переноса распыленных частиц их осажденне происходит не только на тех участках подложки, которые расположены непосредственно против катода.
Анализ пространственного распределения распыленных частиц показывает, что при оптимальных условиях осаждения и при расстоянии между катодом и анодом, приблизительно вдвое превышающем толщину катодного темного пространства, однородная пленка образуется на поверхности, площадь которой, при грубой оценке, составляет примерно половину площади мишени. Помимо наиболее популярной системы двух плоскопараллельных электродов в определенных случаях могут применяться проволочные, цилиндрические и вогнутые катоды. Кроме того, для одновременного или последовательного осаждения многокомпонентных или многослойных покрытий можно использовать несколько катодов. Непрерывная бомбардировка осаждаемой пленки нейтральными атомами н отрицательно заряженными ионами аргона, а также атомами реакционноспособных газов, присутствующих в рабочей камере, и электронами приводит к тому, что пленка захватывает большое количество (в зависимости от условий осаждения — до нескольких процентов) атомов газа и примесей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
