верхні, якою є підкладка. Схема процесу катодного розпилення зображена на малюнку (3.1). У робочій камері 1 встановлена ??двохелектродна система, що складається з холодного катода 2, виготовленого з матеріалу, що піддається розпорошення, і анода 4, на якому розташовується підкладка 5. Між катодом і анодом розташована заслінка (на малюнку не показана), яка так само, як і при термічному напиленні, призначена для перекривання потоку розпилюючи речовину по міру потреби. З робочої камери відкачується повітря, після чого в камеру напускається робочий газ, тиск якого встановлюється рівним 1-10 Па [2].
Малюнок 1.1 - Схема процесу катодного розпилення: 1 - робоча камера; 2 - катод, 3 - екран; 4 - анод; 5 - підкладка; 6 - натекатель
Фізична сутність катодного розпилення полягає в наступному. Між двома електродами (анодом і катодом), що знаходяться в газі при невеликому тиску (1 - 10 Па), при подачі постійної напруги, порядку 2 - 5 кВ виникає тліючий розряд, що супроводжується емісією електронів з катода. В основній області тліючого розряду - темному катодному просторі, де зосереджено максимальну електричне поле, відбувається прискорення електронів до енергії іонізації газу, що необхідно для підтримування розряду. Іони газу прискорюються в прикатодной області і бомбардують катод. Енергії бомбардований іонів мало для вибивання атомів з катода; вони тільки збільшують частоту коливань атомів. Ці коливання передаються більш ефективно у напрямку найбільш щільно упакованих атомних рядів кристалічної решітки, у тому числі і по напрямку поверхні катода. У результаті накладення багатьох коливань поверхневий атом може отримати від сусідніх атомів енергію, достатню для подолання сили зв'язку. У цьому випадку атом вилітає з поверхні катода. Одночасно в результаті бомбардування відбувається емісія електронів з катода.
Розташування підкладки в просторі між анодом і катодом має великий вплив на умови осадження плівок. Чим більше відстань від катода до підкладки, тим більше число розпилених атомів не доходить до підкладки внаслідок зіткнення з молекулами газу, тим менше швидкість осадження. Однак при наближенні підкладки до області темного катодного простору розпорошення катода починає сповільнюватися в результаті затримки іонів підкладки. Крім того, на неї будуть потрапляти електрони з великою енергіями, що несприятливо впливає на властивості плівок. Оптимальним є відстань від катода до підкладки, що удвічі перевищують ширину темного катодного простору (10 - 20 см).
Розрізняють фізичне і реактивне катодне розпилення. При фізичному розпиленні відсутня хімічна реакція; в якості робочого газу використовують аргон. Реактивне розпорошення засноване на введенні додаткового (реактивного) газу, який взаємодіючи з конденсируемой атомами на підкладці, сприяє отриманню плівок з різними властивостями.
Системи для нанесення плівок катодним розпиленням, в яких мішень з розпорошується матеріалу є катодом, а тримач підкладок - анодом, називаються двоелектродними або діодними, які є найпростішими з систем розпилення.
До переваг катодного розпилення слід також віднести можливість отримання плівок з поліпшеними адгезійними властивостями (у порівнянні з термічним напиленням), що пояснюється сприятливими умовами для утворення проміжного оксидного шару і ведення процесу при низькому тиску.
Основними недоліками катодного розпилення є складність контролю процесів розпилення і управління ними, низька швидкість росту плівок, а також наявність в плівках великої кількості молекул залишкових газів.
1.3 Механізм конденсації атомів на підкладці
Відповідно до теорії Френкеля, атоми пучка, б'ючись об поверхню підкладки, залишаються на ній протягом деякого відрізка часу, рухаючись по ній подібно двовимірному газу, а потім можуть знову випаруватися з підкладки. При русі по поверхні адсорбовані атоми зустрічаються з іншими адсорбованими атомами і утворюють переважно групи з двох атомів - димери (дублети). Так як цей процес пов'язаний з виділенням енергії кристалізації, то зворотне випаровування димарів утруднене, отже, відбувається процес утворення зародків кристалізації. Димери мають більшу тривалість життя на поверхні підкладки. Так само з теорії Френкеля випливає, що існує критичний потік надходження атомів на підкладку, який залежить від температури підкладки. Якщо потік розпорошених частинок менше критичного потоку, то механізм осадження буде неможливий. Розглянутий механізм конденсації, при якому димери є центрами кристалізації, отримав назву механізму конденсації пар-кристал (П-К).
Н.Н. Семенов запропонував інший механізм конденсації пар - рідина - кристал (П-Ж (К)). Він розглядав осідають і мігруючі по підкладці атоми як двовимір...
