ИДЗ_4

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ”

Индивидуальное домашнее задание № 4

по теме:

«Ионно-плазменное распыление»

16 вариант

Выполнил: Помазков С.С.

Факультет РТ

Группа № 4182

Преподаватель: Туральчук П.А.

Санкт-Петербург

2015

Рассчитать скорость распыления v при ионно-плазменном распылении для ионов аргона и соответствующей мишени М2 для плотности тока j1 (А/см2) и коэффициента распыления S.

Данные:

(г/моль);

(А/;

S=0.001;

(г/

Найти:

Решение:

Ответ: 2.83*10^-8

Вопросы по теме "Ионно-плазменное распыление"

1. Что необходимо делать с точки зрения технологии для уменьшения загрязнений в процессах ионного распыления?

Для уменьшения загрязнений необходимо уменьшать давление рабочего газа в камере.

2. Каким образом можно увеличить число электронов в камере газового разряда?

Наиболее простой способ - применение источника термоэлектронной эмиссии.

3. В чём состоит особенность распыления в трёхэлектродной системе?

Главная особенность состоит в том, что между мишенью (с нанесенным на нее слоем распыляемого вещества) и подложкой зажигается независимый несамостоятельный газовый разряд.

4. В чём сущность высокочастотного ионно-плазменного напыления?

Сущность заключается в подаче на мишень совместно с постоянным отрицательным потенциалом высокочастотного (порядка 15 кГц) переменного напряжения с амплитудой, незначительно превышающей постоянный отрицательный потенциал.

5. Может ли в процессе высокочастотного ионно-плазменного напыления мишень бомбардироваться электронами?

Да.

6. Что позволяет реализовывать добавление к рабочему газу газа реагента в процессе высокочастотного ионно-плазменного напыления?

Добавление к рабочему газу газа реагента позволяет реализовывать реактивное ионно-плазменное напыление и получать окислы, гидриды, нитриды и прочие соединения, аналогично методу ионного распыления.

7. Что позволяет реализовывать добавление к рабочему газу кислорода в процессе высокочастотного ионно-плазменного напыления? как называется такой процесс?

Если к рабочему инертному газу добавить кислород и бомбардировать поверхность металлической пленки, находящейся под положительным потенциалом, то отрицательные ионы кислорода будут окислять металлическую пленку. Этот процесс называется анодированием.

8. В чём различие разряда на переменном токе от разряда на постоянном токе с точки зрения получения пленочных покрытий?

Разряд на постоянном токе нельзя использовать для распыления диэлектрических материалов, так как электроны должны непрерывно уходить с мишени во внешнюю цепь. Поэтому мишень должна быть проводящей. Это ограничение снимается при проведении разряда на переменном токе достаточно высокой частоты, именно такой, при которой за половину периода высокочастотного напряжения, приложенного к электродам электроны не успевают пройти расстояние между анодом и катодом (обычно это частота 10 - 50 МГц).

9. Возможно ли в установках высокочастотного распыления покрывать электроды мишенями из распыляемого диэлектрика? Почему?

Возможно при проведении разряда на переменном токе достаточно высокой частоты.

10. Какими методами можно добиться эффективности ионизации электронами нейтральных атомов газа?

Этого можно добиться с помощью использования магнитного поля, воздействующего на тлеющий разряд путем изменения характера движения электронов.

11. Влияет ли использование магнитного поля, воздействующего на тлеющий разряд путем изменения характера движения электронов на характер движения ионов?

Влиянием магнитного поля на существенно более тяжелые ионы можно в принципе пренебречь.

12. Уменьшает ли наложение магнитного поля радиальную диффузию электронов из зоны действия газового разряда?

Наложение магнитного поля сильно уменьшает радиальную диффузию электронов из зоны действия газового разряда, что снижает потери электронов, способных осуществлять ионизацию.

13. Какой энергией могут обладать атомы, выбитые из мишени при ионном распылении?

Атомы, выбитые из мишени при ионном распылении, могут обладать значительной энергией (порядка десятков электрон-вольт), причем относительная доля таких атомов увеличивается с ростом энергии бомбардирующих ионов.

14. Каковы значения критической температуры и критической плотности атомного пучка в процессе конденсации атомов на подложке при ионном напылении?

Вследствие высокой энергии бомбардирующих атомов они практически при любой температуре и любой плотности пучка "вбиваются" в поверхность подложки и застревают там.

15. Могут ли атомы нейтрального газа в камере приобретать высокую кинетическую энергию и внедряться в подложку?

При соударении атомов, выбитых из мишени, с атомами нейтрального газа в камере последние могут также приобретать высокую кинетическую энергию, достаточную для внедрения их в подложку.

16. Могут ли образовываться при реактивном ионно-плазменном распылении разнообразные химические соединения активного газа с материалом мишени?

При ионном распылении возможно образование значительно большего числа разнообразных химических соединений активного газа с материалом мишени, чем при термическом распылении.

17. Существует ли возможность получения пленок строго стехиометрического состава из сплавов и сложных химических соединений при реактивном ионно-плазменном напылении?

Существенным достоинством ионного напыления является возможность получения пленок строго стехиометрического состава из сплавов и сложных химических соединений, а также высокая адгезия пленок к подложкам.

18. Что приводит к необходимости использовать так называемую безмасляную откачку?

Если в установке используется не высококлассное вакуумное оборудование, а, в частности, откачные системы на силиконовом масле, то пары масла, попадая в рабочую камеру, под воздействием плазмы и высокочастотного поля образуют радикалы. Эти радикалы, оседая на поверхность подложки, очень сильно ее загрязняют. Это приводит к необходимости использовать так называемую безмасляную откачку.

19. каким образом происходит испарение материала при применении импульсных плазменных ускорителей?

Испарение материала происходит, как взрыв в вакууме.

20. В чём сложность процессов конденсация пленок при ионно-плазменном распылении?

Относительно высокое давление инертного газа, в присутствии химически активной и ионизированной в разряде фоновой атмосферы, при наличии электростатического поля.

21. Что определяет величину адгезионной прочности при ионно-плазменном распылении?

Причиной повышенной адгезии является значительный запас энергии у конденсирующихся атомов вещества. Она на порядок выше, чем при термическом испарении. Этот избыток энергии обуславливает большую миграционную подвижность атомов и уменьшает потенциальную энергию системы "пленка - подложка", что во многом и определяет величину адгезионной прочности.

22. Велико ли различие энергий распыленных и испаренных атомов в методе термического вакуумного напыления и при ионно-плазменном распылении?

Различие энергий в 50 раз распыленных и испаренных атомов является одной из причин более высокой адгезии пленок, полученных ионным распылением.

23. При каком примерно напряжении между термокатодом и анодом возникает несамостоятельный газовый разряд?

При напряжении между термокатодом и анодом порядка 100 В возникает несамостоятельный газовый разряд, при этом разрядный ток достигает нескольких ампер.

24. Велика ли скорость осаждения пленки в трёхэлектродной схеме по сравнению с двухэлектродной схемой катодного распыления?

Скорость осаждения составляет единицы нанометров в секунду, что в несколько раз превышает аналогичный показатель для двухэлектродной схемы катодного распыления.

25. Повышается ли эффективность напыления плёнок при высокочастотном распылении?

Да.

26. В условиях высокочастотного разряда заряженные частицы (электроны и ионы) совершают прямолинейное или колебательное движение?

В условиях высокочастотного разряда заряженные частицы (электроны и ионы) совершают колебательное движение с некоторой амплитудой А.

27. Можно ли на основе одной мишени из какого-либо металла и различных активных газов получать разные свойства осаждаемых пленок – от проводящих и низкоомных резистивных до высокоомных резистивных и диэлектрических?

На основе одной мишени из какого-либо металла и различных активных газов можно получать широкую гамму свойств осаждаемых пленок – от проводящих и низкоомных резистивных до высокоомных резистивных и диэлектрических.

28. Что такое скорость распыления в процессе распыления и чем она характеризуется?

Процесс распыления также характеризуется скоростью распыления ν , определяемой по толщине слоя вещества, удаляемого в единицу времени:

где – молярная масса мишени, – плотность тока ионов, S - коэффициент распыления, ρ - плотность вещества мишени.