Вопрос20

Физические явления, лежащие в основе методов ионно-плазменного распыления. Плазма. Основные понятия, характеризующие плазму как особое состояние материи. Диодное распыление.

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 распыления, в котором эффекты собственно ионного распыления и явления в газовом разряде тесно переплетены, исследовать труднее, чем распыление ионными пучками.

Основным параметром, характеризующим процесс распыления, является коэффициент распыления К_р , равный числу выбитых атомов, приходящийся на один ион, упавший на мишень. На рис.1 в качестве примера показана зависимость К_р от энергии бомбардирующих ионов Е_и , для меди. Заметное распыление начинается лишь с некоторых пороговых значений Е_пор и резко растет при дальнейшем увеличении Е_и , пока не достигнет максимума при Е_и=Е_max. Последующее увеличение Е_и вызывает падение К_р. Напыление пленок ведут обычно в области показанной на рис. 1 штриховкой.

Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями.

Определение плазмы

Плазма — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.^[4] Не всякую систему заряженных частиц можно назвать плазмой. Плазма обладает следующими свойствами:^[5][6][7]

• Достаточная плотность: заряженные частицы должны находиться достаточно близко друг к другу, чтобы каждая из них взаимодействовала с целой системой близкорасположенных заряженных частиц. Условие считается выполненным, если число заряженных частиц в сфере влияния (сфера радиусом Дебая) достаточно для возникновения коллективных эффектов (подобные проявления — типичное свойство плазмы). Математически это условие можно выразить так:

, где — концентрация заряженных частиц.

• Приоритет внутренних взаимодействий: радиус дебаевского экранирования должен быть мал по сравнению с характерным размером плазмы. Этот критерий означает, что взаимодействия, происходящие внутри плазмы более значительны по сравнению с эффектами на ее поверхности, которыми можно пренебречь. Если это условие соблюдено, плазму можно считать квазинейтральной. Математически оно выглядит так:

• Плазменная частота: среднее время между столкновениями частиц должно быть велико по сравнению с периодом плазменных колебаний. Эти колебания вызываются действием на заряд электрического поля, возникающего из-за нарушения квазинейтральности плазмы. Это поле стремится восстановить нарушенное равновесие. Возвращаясь в положение равновесия, заряд проходит по инерции это положение, что опять приводит к появлению сильного возвращающего поля, возникают типичные механические колебания.^[8] Когда данное условие соблюдено, электродинамические свойства плазмы преобладают над молекулярно-кинетическими. На языке математики это условие имеет вид: