Аморфные материалы (835546), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В частности, в случае напыления чистых металлов подложка должна быть охлаждена до температур порядка температуры жидкого гелия. Если температура недостаточно низка и лежитвыше температуры Тх напыляемого металла, получаемая пленка неаморфизируется. Например, в случае полупроводников— кремнияи германия, у которых Тх выше комнатной температуры, можно использовать подложку и при комнатной температуре, а в случае таких переходных металлов, как железо, кобальт и никель, у которыхТх очень низкая (у железа 4 К, у кобальта 33 К и у никеля ~ 7 0 К)должна быть низкой и температура подложки1.При изготовлении пленок из сплавов обычно используется одновременное напыление нескольких элементов.
В основе методалежит различие в упругости паров элементов, входящих в составсплава. Однако регулировать состав получаемой пленки довольнотрудно. Поскольку обычно температура Тх у сплавов сравнительновысока, то легко добиться, чтобы температура подложки была ниже Тх, что и делают, например, в случае получения сплава железас 10% (ат.) германия, у которого 7 Ж= 1 3 0 К- Все же для полученияаморфных сплавов этот метод можно применять лишь ограниченно. В частности, при изготовлении аморфных сплавов, состоящихиз элементов с сильно различающейся упругостью паров, необходимо тщательно регулировать скорость напыления разных элементов. При этом нужно поддерживать постоянство количественныхсоотношений между элементами, осаждаемыми на подложку.Здесь в последнее время начинают применяться методы машинногоконтроля.
Скорость напыления определяется сортом элементов,уровнем вакуума, структурой подложки и обычно составляет 0,5—1,0 нм/с.1 Температура кристаллизации и, следовательно, термическая стабильностьнапыленных пленок существенно зависит от их толщины. Так, пленка железатолщиной 2,5 им кристаллизуется при 50— 60 К, а при толщине 15 нм железополучить в аморфном состоянии вообще не удается. Методом вакуумного напыления получают также аморфные пленкиМп, Сг, Те, Sb, Ga, As, Al, V, Pd,Zr, H f, Re, Hb, Та, W, Mo. Отметим, что марганец остается в аморфном состоянии вплоть до 400 К- Прим.
ред.31Для аморфизации сплавов мётод напыления более предпочтителен, чем для чистых металлов, ибо упрощается аппаратура и некоторые операции, в связи с тем, что при получении пленок сплавовне требуется глубокого охлаждения подложки. Однако, как ужеуказывалось, метод вакуумного напыления имеет ограничения посортам атомов компонентов сплава. Кроме того, при использованииэтого метода трудно регулировать состав сплава, поэтому для массового производства он не пригоден.2.1.2.
М етод распыленияМетод распыления ([6], состоит в следующем1. В газовую атмосферу с низким давлением помещаются два электрода, между которыми наводится разность потенциалов, в результате чего газионизируется. Ионы сталкиваются с электродом, выбивая атомыс его поверхности. При столкновении ионов газа с твердой поверхностью электрода происходят различные процессы, схематично показанные на рис. 2.2. В результате удара из металла выбиваютсяРис. 2.2. Процессы, происходящие при соударении ионов с поверхностью твердого теланейтральные атомы или молекулы (широкая черная стрелка нарисунке), т. е.
происходит явление распыления металла. Для объяснения этого предложен следующий механизм. Вблизи поверхности металла ионы нейтрализуются за счет электронов (ег ), испускаемых металлом под воздействием электрического поля12.Эти нейтральные атомы внедряются в твердое тело электрода,«выталкивая» атомы с его поверхности.Число атомов, распыляемое при падении одного иона, называется коэффициентом распыления (атомов/ион). Этот коэффициент1 Описываемый метод известен также под названием метода катодного илиионного распыления.
Прим. ред.2 За счет электронов, испускаемых металлом под действием электрическогополя, нейтрализуется только небольшая часть ионов газа на начальной стадиипроцесса. В дальнейшем нейтрализация происходит главным образом за счетвторичной электронной эмиссии. Прим■ ред.32изменяется с изменением энергии ионов Et. При увеличении Et до150 эВ он возрастает как Et\ в интервале Et от 150 до 400 эВ — растет пропорционально Et, и далее до 5000 эВ — пропорционально]IEt, после чего практически не увеличивается. Когда Et достигает~ 1 0 кэВ, число ионов, внедряющихся в твердый электрод, становится очень большим. Это уже соответствует ионной имплантации1.В методе напыления, в котором используется нагрев металла,энергия .
движения атомов, осаждающихся на подложке, крайнемала и составляет не более чем12 kTm ( ~ 0 , 1 эВ). В методе распыления энергия движения атомов, достигающих поверхности металла, из-за наличия напряжения в несколько сот и даже тысяч вольт,доходит до значений310 кэВ. Если электрическое поле приложить в косом направлении, величина этой энергии еще более возрастет4. Для процесса распыления характерно то, что атомы испускаются в широком интервале углов, а также то, что даже если компоненты сплава имеют различную упругость пара, все равно можно получить пленку почти такого же состава, каков он у катода,с хорошей плотностью прилегания к подложке5.
С другой стороны,так как в методе распыления степень вакуума составляет 1,0—0,1 Па, в пленку попадает много остаточного газа. Кроме того, довольно сильно нагревается подложка. Поэтому этот метод пригоден только для получения сплавов с высокой температурой кристаллизации. Получить же чистые аморфные металлы этим методомпрактически невозможно.Известно несколько разновидностей метода распыления: простой двухэлектродный (рис.
2.3), трех- или четырехэлектродный,магнетронный, высокочастотный, распыление со смещением6,асимметричное распыление на переменном токе и ряд других(табл. 2.2). Методы, в которых используются смеси химически активных газов, применяются для производства пленок химическихсоединений (оксидов, нитридов и т. п.).Условия распыления и его характеристики различаются дляразных методов, поэтому необходимо правильно выбирать методв зависимости от требуемых свойств получаемых пленок.1 Ионная имплантация сама по себе является одним из методов аморфизации поверхности металла.
Прим. ред.2 По обозначению автора Тт — температура плавления. Здесь лучше использовать не Тт, а температуру испарения, хотя оценочные значения энергии притакой замене существенно не изменятся. Прим. ред.3 Такую высокую энергию могут иметь только те частицы газа, которые д остигают поверхности в ионизированном состоянии. Такие частицы составляют неболее нескольких процентов от общей массы газа. Нейтральные атомыгазаимеют значительно меньшую энергию ( ~ 1 0 0 эВ ). Прим.
ред.4 Этот рост энергии характерен для нейтральных атомов, составляющихосновную массу бомбардирующих катод частиц газов. Прим. ред.5 Первое связано с иетепловым (импульсным) механизмом напыления, когдаразличие в упругости паров атомов ие имеет значения, второе — с высокой энергией осаждаемых атомов, вследствие чего они внедряются в толщу подложки,обеспечивая тем самым высокую степень адгезии. Прим■ред.6 На подложку подается небольшой отрицательный потенциал (потенциалсмещения).
Прим. ред.2" Зак. ЗОТ33T а 6 л и ц а 2.2. Характеристики различных методов распыленияМетодДвухэлектродиыйДавлениеНапряжение,аргона,токПаПостоянныйток:0 ,1 5 — 1,5мА/см2,1— 7 кВ; переменныйток:0,3— 10 кВт,1— 10 Вт/см 2Плазменный(трех-и четырехэлектродный)МагнетронныйОсобенности-1 ,3 Упрощенная схемаМ ожно получатьоднородные пленкина широкойподложкеРегулировкаразрядного токаНизкое напряжениеПостоянный 0 ,0 7 —электроразряда иток: Он—2 кВ; 0 ,1 3возможность незапеременныйвисимой регулировток 0— РкВтки разрядного тока и энергии соударения ионов смишенью;низкоедавлениеВозможность автоматической регулировки тока намишениВозможно образование искр при перемеином токе0,2— 1 кВ,3—30 Вт/см 2использо-0 ,1 3 Можновать для получения пленок из диэлектриков и металловСкорость распыления иа медиПеременныйток:ОД— 1 кВт,О—2 кВ— 1.3 Использованиемагнетронного разряда в скрещенных электрическоми магнитном поляхРаспыления 1— 6 кВ, отсо смещени рицательны]потенциалемот — 1 0 0 до—200 В относительнокатода-подложки— 1,3 М ожнополучатьвысокочистые пленки б е з примесейгазовВысокочастотный34Принципиальная схемаШ)SfA)I-S f'" т н н кW7ZгW7>Продолжение табл.
2.2ДавлеНапряжение,ниеаргона,токПаМетодАсимметричного распыления на переменном токе1—5 кВ,0 ,1 — 0 , 2мА/см2.Особенности-—1,3 .Можнополучатьвысокочистые пленкиПринципиальная схема© " -г ^ ъ Г1ИО б о з н а ч е н и я : С — катод; S — подложка; Т — мишень; G — сетка; А —анод; DC — постоянный ток; RF — переменный ток; М — контрольный измерительный прибор._______ __________________ ________________________________________В двухэлектродном методе распыления (рис. 2.3), успешно используемом и в настоящее время, атомы испускаются мишенью(катодом), а пленка осаждается на подложке (аноде). В качествеисточника тока можно использовать как постоянный электрическийток, так и переменный ток высокой частоты. Разработана аппаратура для распыления со смещением,'позволяющая уменьшить количествоадсорбированного газа, и аппаратурадля распыления с использованиемасимметричного переменного тока.
Этиметоды применяются к сплавам типаРЗМ — переходный металл (Gd—Со,Cd—Fe и др.), имеющим пузырьковуюдоменную структуру. В последнее время их начали применять и для получения аморфных сплавов типа металл —металлоид и металл — металл.Скорость осаждения при использо2.3. Принципиальная схевании метода распыления обычно со Рис.ма двухэлектродного методаставляет — 0,1 мкм/мин,- т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
