Ионно-плазменное напыление. Установка ионно-плазменного напыления.

При бомбардировке поверхности твердого тела отдельными атомами, ионами или молекулами, имеющими энергию, большую энергии связи атома тела, материал мишени распыляется. Если поблизости от нее поместить подложку, то часть атомов распыляемой мишени попадет на подложку и конденсируется (напыляется), образуя пленку.

Ионно-плазменное напыление

Для бомбардировки мишени удобно использовать заряженные частицы — ионы, так как их легко разгонять до нужной энергии в электрическом поле. Иногда для напыления применяют специальные источники ионных пучков, в которых ионы отсортированы по массам и имеют одну и ту же энергию. Но чаще в качестве источников ионов используют газоразрядную плазму, из которой положительные ионы вытягиваются отрицательно заряженной мишенью. Такой способ распыления называют ионно-плазменным напылением.

Установка ионно-плазменного напыления

Энергия ионов, падающих на мишень, определяется в основном разностью потенциалов, пройденной ионом на последней длине свободного пробега перед мишенью, так как ранее приобретенную энергию он практически полностью теряет в столкновении с атомами газа. Из-за статического характера процессов соударения частиц всегда существует большой разброс длин свободного пробега, так что энергия ионов падающих на мишень, имеет существенный разброс и ионы падают на мишень под разными углами и т. д. Поэтому процесс ионно-плазменного напыления, в котором эффекты собственно ионного напыления и явления в газовом разряде тесно переплетены, исследовать труднее, чем процесс ионного напыления.

В напылительной камере создают продольное магнитное поле, параллельное электрическому полю между катодом и анодом. Это поле закручивает траектории электронов, летящих по направлению к стенкам, и тем самым предотвращает накопление на них отрицательного заряда и дрейф к стенкам положительных ионов.

Схема установки ионно-плазменного напыления

А — анод; К- катод; М — мишень; П — подложка

Количество ионов, образующихся в камере, зависит от тока электронов с катода, давления газа в камере и напряжения на аноде. В напылительной установке, схема которой приведена на рисунке, источником электродов является накаленный катод К. При давлении газа в камере выше 10-1 Па средняя длина свободного пробега электрона меньше 1 см. Поэтому если расстояние до анода значительно больше этой длины, то на своем пути до анода электрон успеет испытать большое число столкновений с атомами газа. Для того чтобы эти соударения приводили к ионизациям, электрон должен приобрести в электрическом поле достаточно большую энергию. С ростом энергии электрона вероятность ионизации атома при столкновении с электроном сначала растет, а затем начинает уменьшаться.

Образующиеся положительные ионы устремляются на мишень, находящуюся под большим отрицательным потенциалом. Как уже упоминалось, ионы легко теряют свою кинетическую энергию при соударении с атомами газа, так как массы сталкивающихся частиц практически равны. По этому они достигают мишени с энергией, приобретенной ими в электрическом поле на последней длине свободного пробега l перед нею, т. е. с энергией l*E, где E — напряженность поля у мишени. Эта энергия может быть существенно ниже q*V, где V- напряжение на мишени.

Бомбардируя мишень, ионы выбивают из нее атомы, часть из которых попадает на подложку и, конденсируясь (напыляясь), образует пленку — происходит ионно-плазменное напыление.