Вопрос 10

Ионно-лучевое распыление материалов, ионное травление, устройства для формирования ионных пучков.

Технология ионно-лучевого распыления заключается в бомбардировке мишени заданного состава пучком ионов с энергией до 5000 эВ с последующим осаждением распыленного материала на подложку. При этом стехиометрия формируемого покрытия идентична мишени.

Эта современная технология предназначена для нанесения прецизионных нанослойных покрытий с высокой плотностью и низкой шероховатостью. Пленки, получаемые методом ионно-лучевого распыления, имеют абсолютную величину шероховатости R_pv = 4,0 nm со среднеквадратичным отклонением R_ms = 0,19 nm. Отличительными достоинствами технологии является получение покрытий без эффекта дрейфа во времени при воздействии атмосферы и различных климатических условий, что является одним из важнейших требований к современным оптическим и функциональным покрытиям.

Дополнительными преимуществами технологии ионно-лучевого распыления являются возможность проведения реактивных и нереактивных процессов в одной камере без переналадки (например, из мишени Si можно получать покрытия Si, SiO₂, Si₃N₄), возможность нанесения покрытий на термочувствительные подложки (пластики и т.д.), так как процесс нанесения характеризуется низкими температурами до 90⁰С. А также перенос нанокомпозитных материалов мишени на подложку без изменения их свойств.

ИОННОЕ ТРАВЛЕНИЕ- удаление вещества с поверхности твёрдого тела под действием ионной бомбардировки. Процесс И. т. зависит от интенсивности пучка, вида, энергии н угла падения ионов, а также от материала и состояния мишени. В процессе И. т. вследствие распыления, дефектообразования, имплантации ионов и атомов отдачи меняются элементный состав и структура поверхности: происходит обогащение поверхности определ. элементом, кристаллизация или аморфизация поверхностного слоя. Изменение поверхностного рельефа при И. т. включает неск. стадий: 1) возникновение дефектов ( вакансий, межузельных атомов, дислокаций);2) появление микроскопич. неоднородностей размерами 10-100 нм [ямки травления, конич. или пирамидальные выступы (рис. 1,2) границы зёрен]; 3) образование неоднородностей макроскопич. размеров порядка долей мкм. <Скорость И. т. в единицах массы вещества, уносимого с единичной площадки, определяется соотношением:v=[MK/NZ_e]j,где М - ат. масса вещества мишени, К - коэф. распыления, N- число Авогадро, Z_e - заряд иона, j-плотность ионного тока. Толщина слоя, распылённого за 1 с, равна v/r, где r - плотность мишени. <И. т. используется для выявления структуры поверхности, дефектов, деформированных участков. И. т. применяется также для создания многоострийной поверхности (см. Автоэлектронная эмиссия, Ионный проектор), для профилирования при послойном анализе состава разл. слоев методами оже-спектроскопии, для избирательного удаления вещества через маски при создании элементов микроэлектроники (см. Микролитография).

ИОННЫЕ ПУЧКИ - направленные потоки ионов, имеющие определ. форму. Обычно И. п. имеют малые поперечные размеры по сравнению с длиной. И. п. впервые наблюдал нем. физик Э. Гольдштейн (1886) в опытах с газоразрядной трубкой, в катоде к-рой были проделаны отверстия. Ускоренные в межэлектродном пр-ве ионы проходили через эти отверстия, создавая за катодом по ходу образованных ими пучков слабое свечение (т. н. каналовые лучи). И. п. используются в разл. физ. экспериментах и в технике. При прохождении И. п. через газы они рассеиваются вследствие столкновений (см. СТОЛКНОВЕНИЯ АТОМНЫЕ) ионов с атомами газа. Чтобы уменьшить этот эффект, И. п. получают в условиях достаточно высокого вакуума. Определение параметров ионного пучка в разл. его сечениях значительно облегчается путём использования Лиувилля теоремы (см. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ). Для образования И. п. необходимо получить достаточное кол-во ионов, ускорить их и соответствующим образом направить их движение. В ионных источниках ионы получают путём ионизации атомов и молекул электронным ударом (см. ИОНИЗАЦИЯ), поверхностной ионизации, фотоионизации, автоионизации и т. п. Мощным источником ионов явл. электрич. разряд в вакууме (низковольтный дуговой разряд, высокочастотный разряд). Ускорение и формирование ионов в лучок производится системой ионных линз (см. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛИНЗЫ). При большой интенсивности И. п. для предотвращения их расширения, связанного с образованием объёмного заряда, применяются ионные линзы спец. конструкций. В части И. п., находящейся вне зоны воздействия электрич. полей, при определ. условиях может наступить компенсация положительного объёмного заряда ионов отрицат. зарядами вторичных эл-нов разл. происхождения. Воздействуя электрич. и магн. полями на И. п., можно определить массу и энергию ионов (см. МАСС-СПЕКТРОМЕТР), ускорить их до высоких и сверхвысоких энергий (см. УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ), сепарировать их по массе (см. ИЗОТОПОВ РАЗДЕЛЕНИЕ) и т. п. И. п. используются также для получения увеличенных изображений микрообъектов (см. ИОННЫЙ ПРОЕКТОР, ИОННЫЙ МИКРОСКОП), т. к. при этом дифракц. явления, ограничивающие разрешение, играют значительно меньшую роль, чем при использовании электронных пучков, что связано с большой массой ионов и соответственно уменьшенной длиной волн де Бройля для них.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛИНЗЫ - устройства, предназначенные для формирования пучков эл-нов, их фокусировки и создания электронно-оптич. изображений объектов (см. ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА, ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП). Аналогичные устройства, в к-рых используются пучки ионов, наз. ионными линзами. В Э. л. и ионных линзах воздействие на электронные (ионные) пучки осуществляется электрич. или магн. полями; соответственно эти линзы наз. электростатическими или магнитными. Э. л. классифицируют по виду симметрии их поля и по его др. характерным признакам.

Простейшей осесимметричной электростатич. Э. л. является диафрагма с круглым отверстием, поле к-рой граничит с одной или с обеих сторон с однородными электрич. Полями. В зависимости от распределения потенциала она может служить собирающей или рассеивающей линзой. Если поля с обеих сторон осесимметричной электростатич. Э. л. отсутствуют, т. е. к ней примыкают области пр-ва с пост. потенциалами V1 и V2, и если эти потенциалы различны, то Э. л. наз. иммерсионной (рис. 2); при одинаковых потенциалах линза носит назв. одиночной (такая линза состоит из трёх и более электродов). При прохождении эл-нов через иммерсионную линзу их скорости изменяются, одиночные линзы оставляют эти скорости неизменными. Иммерсионные и одиночные линзы — всегда собирающие.