2.2 Источник ионов
В нашем случае предполагается использовать осаждаемый материал в твёрдой фазе, предварительно измельчённый в порошок, который помещается в тигель ионизатора. В ионизатор напускается аргон и включается высокое напряжение.
Рассчитаем коэффициент распыления элементов ионами аргона при подаче на электроды напряжения 3 кВ /12/. Рассчитаем радиус экранирования:
a=4,7*10-9/(Z2/31 + Z2/32 )1/2 (2.7)
Рассчитаем сечение экранирования:
σа=πа2 (2.8)
Найдём нормирующий коэффициент энергии:
(2.9)
Пользуясь соотношением (2.4) определим значение коэффициента К0. Пользуясь соотношением (2.5) Найдем максимальный коэффициент распыления, где N2=5,91*1022 см-3 число атомов мишени, распыленных с единицы поверхности при облучении ее потоком ионов с максимальной дозой.
Определим энергию, соответствующую Kmах:
EM=0,3/F
Находим значение К. при E=3•103 эВ:
(2.10)
Рассчитаем число атомов аргона в рабочем объеме ионизатора при различном давлении газа.
(2.11)
Т=300 К, R=8.31
,
V=1
см3
Рис. 2.1 Зависимость коэффициента распыления K от энергии ионов
а)
б)
Рис. 2.2 Схематическое изображение катодного распыления материала
а) Распыляемый материал до начала процесса
б) Траектории движений ионов при катодном распылении
Сведём эти расчёты в таблицу 2.1
Таблица 2.1
Число атомов при различных давлениях
P Па |
N Атом/см3 |
1000 |
2,1448*1018 |
100 |
2,1448*1017 |
10 |
2,1448*1016 |
1 |
2,1448*1015 |
0,1 |
2,1448*1014 |
0,01 |
2,1448*1013 |
При давлении не ниже 100Па число ионизированных атомов составляет 25% от их числа, а при 10Па число ионизированных атомов составляет 80% (экспериментальная зависимость) и растёт с уменьшением давления. Отсюда видно что, используя аргон и подавая на ионизатор напряжение 3 кВ при данных давлениях можно получить концентрацию ионов распыляемого вещества порядка 1013-1018 /14/.
Концентратор плазмы представляет собой купол из металла, который не дает плазме растечься в больших количествах по объему рабочей камере. На рис. 2.3 представлено принципиальное схематическое изображение источника ионов. На рис. 2.4 представлены фотографии ионного источника.
1-откачка газа из накопителя плазмы. 2-электрод. 3-распыляемое вещество. 4-ускоритель первой ступени .5-первичная область фокусировки и сканирования луча. 6-корпус ионного источника. 7-откачка газа из ионного источника. 8-тигель. 9- подача инертного газа ионизатор. 10-накопитель плазмы.
Рисунок 2.3 Принципиальная схема ионного источника.
а) б)
в)
Рисунок 2.4 Ионный источник опытного образца установки ионно-лучевого осаждения.
а) Корпус ионного источника
б) Ионный источник вид сбоку
в) Ионный источник вид снизу