Ионное испарение. Механизм распыления при ионном испарении. Катодное испарение: диодное, диодное со смещением и триодное

Содержание

Слайд 2

Что такое тонкие плёнки и зачем они нужны?

Тонкие пленки – это

Что такое тонкие плёнки и зачем они нужны? Тонкие пленки – это
слои вещества толщиной от долей нанометра до нескольких микрометров, обладающие рядом особенностей атомно- кристаллической структуры, магнитных, электрических и других физических свойств.
Тонкие пленки, и в особенности - наноструктурированные тонкие пленки, играют очень важную роль в современной технике. Их значение в научно-техническом прогрессе чрезвычайно велико. Они используются в самых разнообразных областях науки и техники, например, в качестве защитных покрытий, для преобразования солнечной энергии в электрическую, в сверхпроводниковых приборах, в интегральной и функциональной микро- и наноэлектронике, компьютерной технике, в медицине, фармокологии, сельском хозяйстве и т.п.

Слайд 3

Основные методы получения тонких плёнок

Испарение:
метод термического вакуумного напыления;
электронно-лучевое испарение.

Ионное распыление:
катодное

Основные методы получения тонких плёнок Испарение: метод термического вакуумного напыления; электронно-лучевое испарение.
распыление (ионное распыление);
ионно-плазменное распыление;
магнетронное распыление;
ионно-лучевой синтез.

Слайд 4

Ионное распыление

Ио́нное распыле́ние — эмиссия атомов с поверхности твёрдого тела при

Ионное распыление Ио́нное распыле́ние — эмиссия атомов с поверхности твёрдого тела при
его бомбардировке тяжёлыми заряженными или нейтральными частицами. В случае, когда речь идёт о бомбардировке отрицательно заряженного электрода (катода) положительными ионами, используется также термин «катодное распыление»

Слайд 5

Катодное (ионное) распыление

Одним из методов катодного распыления является реактивное распыление. Оно основано

Катодное (ионное) распыление Одним из методов катодного распыления является реактивное распыление. Оно
на введении в колпаковое пространство реактивного газа, который взаимодействует с конденсированными атомами на подложке. В результате этого образуются химические соединения (двуокись металла).Метод основан на разрушении катода при бомбардировке его ионизированными атомами разряженного газа. Атомы катода конденсируются на подложке.

Слайд 6

Сначала из камеры откачивается воздух до давления 10-5 ¸ 10-6 Па, затем

Сначала из камеры откачивается воздух до давления 10-5 ¸ 10-6 Па, затем
закачивается аргон, в результате чего давление повышается до 10-1 ¸ 10-2 Па. При подаче на катод отрицательного напряжения, в пространстве между анодом и катодом возникает атомарный тлеющий разряд, сопровождающийся образованием квазинейтральной электронно-ионной плазмы. Тлеющий разряд сопровождается электронной эмиссией из катода. Электроны в области разряда ускоряются, приобретая кинетическую энергию, достаточную для ионизации газа. В прикатодной области ускоряются положительно заряженные ионы газа. Происходит бомбардировка катода, в результате которой, нейтральные атомы катода вылетают с его поверхности. Диффундируя, эти частицы достигают подложки.

Слайд 7

Преимущества метода Недостатки метода

Более равномерно распределяется толщина плёнки;
Постоянный химический состав распыляемого

Преимущества метода Недостатки метода Более равномерно распределяется толщина плёнки; Постоянный химический состав
материала;
Возможность распыления тугоплавких металлов;
Плёнки обладают улучшенными адгезионными свойствами (из-за большей энергии частиц распыляемого вещества и возможности создания оксидного слоя);
Процесс не связан с высокой температурой.

Низкая скорость роста плёнки из-за низкого вакуума;
Наличие в плёнке молекул остаточного газа;
Сложность контроля процесса напыления;
Подложка должна обладать высокой теплопроводностью.

Слайд 8

Ионно-плазменное (триодное) распыление

Ионно-плазменное (триодное) распылениев отличие от диодного распыления достигается не бомбардировкой

Ионно-плазменное (триодное) распыление Ионно-плазменное (триодное) распылениев отличие от диодного распыления достигается не
катода, а специальной мишени. Сначала в камере создают предельно возможный вакуум, включают подогрев подложки и ток накала катода. После этого в подколпаковую область напускают аргон до давления 101 - 102 Па. Затем на анод подают напряжение в несколько сотен вольт, в результате чего между анодом и катодом возникает разряд (ток разряда 2-ЗА). После включения соленоида электроны начинают двигаться от катода к аноду по спирали. Когда на мишень подадут отрицательный потенциал порядка 2 - 3 кВ, положительные ионы аргона с энергией, достаточной для распыления, начнут бомбардировку мишени. Процесс позволяет производить очистку мишени и подложки.

Слайд 9

Преимущества метода

Возможность распыление металлов и сплавов без изменения их состава;
Возможность напыления

Преимущества метода Возможность распыление металлов и сплавов без изменения их состава; Возможность
сплавных пленок из различных материалов мишени;
Большая скорость напыления (по сравнению с диодным);
Безинерционность процесса напыления;
Высокая адгезия пленки (примерно в 20 раз выше, чем при термическом напылении);
Возможность напыления непроводящих материалов (ферритов и диэлектриков);

Слайд 10

Магнетронное распыление.

Магнетронное распыление — технология нанесения тонких плёнок на подложку с помощью

Магнетронное распыление. Магнетронное распыление — технология нанесения тонких плёнок на подложку с
катодного распыления мишени в плазме магнетронного разряда — диодного разряда в скрещенных полях. Технологические устройства, предназначенные для реализации этой технологии, называются магнетронными распылительными системами или, сокращённо, магнетронами (не путать с вакуумными магнетронами — устройствами, предназначенными для генерации СВЧ колебаний).

Магнетронная распылительная система (магнетрон)