9.Схема катодного распыления. Скорость распыления. Коэффициент распыления.

Самая простая схема ионно- плазменного распыления - это 2х электродная схема катодного распределения. Упрощенная схема рабочей камеры установки катодного распыления показана на рисунке:

1-вакуумный колпак из нержавеющей стали; 2- катод; 3- экран; 4-игольчатый натекатель для непрерывной подачи аргона; 5- подложка; 6- анод; 7- вакуумплотный изолятор; 8-вакуумный уплотнитель по периметру колпака; 9-плита корпуса вакуумной установки.

В разряженном газе при давлении порядка 10^-2 10^-3 мм рт.ст. (1-10^-1 Па)создаётся тлеющий разряд, путем приложения к катоду- мишени высокого отрицательного потенциала относительно заземлённого анода. Здесь используется самостоятельный разряд, возбуждаемой автоэлектронной эмиссией (испускание электронов металлом под действием сильного внешнего поля ). Электроны, эмитировавшие из катода. ионизируют атомы газа. В результате положительные ионы газа устремляются к отрицательному катоду и выбивают атомы катода- мишени, которые летят нормально к его поверхности и оседают на подложке, лежащей на аноде.

Основной технологический параметр этого процесса- скорость распыления мишени Wp = Kp J_Hm_M, кг/с, где Kp- коэффициент распыления мишени (атомы выбитые 1 ионом). Принимает значения от 0,1 до 50, в отдельных случаях до100;

J_H- плотность тока катода

m_M- атомная масса материала мишени

Kp- зависит от давления рабочего газа Р_Г. Наибольшее значение соответствует некоторому оптимальному давлению порядка ≈ 10^-3 мм рт.ст., когда достаточно велика средняя длина свободного пробега ионов, с одной стороны, а с другой стороны, и самих ионов достаточно.

Коэффициент распыления зависит также от природы ионов и мишени. Наибольший коэффициент распыления имеют ионы инертных газов т.к. их энергия тратится только на выбивание атомов и не тратится на химическое взаимодействие с атомами мишени.

Важным параметром, определяющим К_Р является угол падения ионов. С уменьшением угла между направлением движения ионов и плоскостью мишени К_Р увеличивается, так как при этом уменьшается угол между направлениями импульсов движения падающих ионов и выбитых атомов, летящих нормально к поверхности мишени.

10.Схема вакуумной системы установки для напыления тонких пленок. Средства контроля вакуума. Ионизационный и термопарный вакуумметры.

С хема вакуумной системы установок для напыления тонких пленок:

1-плита вакуумной установки; 2-вакуумное уплотнение; 3-рабочая камера; 4-термопарный вакуумметр; 5,6,7-вентили; 8-форвакуумный насос; 9-ионизационный вакуумметр; 10-форбаллон; 11-высоковакуумный насос; 12-высоковакуумный затвор.

Ч ерез открытые вентили 5 и 7 с помощью ФВН 8 создают предварительный вакуум порядка 1-5 Па. Это давление контролируют термопарным вакуумметром 4 (рис.6а). После этого вентиль 5 закрывают, отрывают вентиль 6 и высоковакуумный затвор 12 и откачивают всю систему до такого же давления 1-5 Па. Затем включают подогреватель ВВН 11 и откачивают камеру до необходимого высокого вакуума 10^-3 –10^-5 Па. Это давление контролируют ионизационным вакуумметром (рис.6б). При этом ФВН 8 постоянно работает, поддерживая предварительный вакуум в форбаллоне 10. Таким образом, выход ВВН нагружен на ФБ 10, что снижает коэффициент сжатия газа, а следовательно и его конденсацию.

Слева (рис.6а) термопарный вакуумметр: 1-колба, соединенная с рабочим объемом; 2- провод, через который идет ток (Т_пр=200^○ С); 3- спай термопары; 4-термопара. Справа (рис.6б) ионизационный вакуумметр: 1-открытая колба, соединенная с рабочим объемом; 2-коллектор; 3-сетка; 4- катод.

Существует несколько видов вакуумного контроля. К примеру, вакуумный контроль течеисканием является методом неразрушающего контроля, который позволяет обнаружить дефекты, которые выходят на поверхность: раковины, трещины, непровары, поры, а также остальные места, где поверхность не сплошна.

Есть масса предметов при помощи которых можно осуществить вакуум контроль: манометр– это прибор, который измеряет давление или разность давления. Абсолютный вакуумметр- прибор, чувствительность которого одинакова по отношению ко всем газам. Дифференциальный вакуумметр- прибор, который способен измерить разность давления по обе стороны от разделительного элемента.