стеми прийнято називати двоелектродними (рис. 1, а).
Щоб виключити розпорошення зворотного боку мішені, де розташовуються охолоджуючі системи і пристрої для кріплення деталей, використовуються металеві екрани, що мають потенціал анода і розташовувані від катода на відстані, меншій довжини темного катодного простору.
Основними чинниками, визначальними швидкість іонно-плазмового напилення, є напруга і струм розряду (потужність розряду) і тиск робочого газу, яке вибирається в діапазоні 1-20 Па. При цьому тиск залишкових газів (попередній вакуум) не повинно перевищувати 10 Па. Великий вплив роблять також концентрація домішок в робочому газі і температура підкладки.
При збільшенні енергії іонів із зростанням напруги між електродами зростає ймовірність того, що один іон видалить кілька атомів з поверхні катода. Число атомів, видалених з поверхні одним іоном, називають коефіцієнтом розпилення або просто распиляемостью. Коефіцієнт розпилення визначає швидкість росту плівки і залежить від типу іонізіруемого газу, для кожного з яких всі метали можна розташувати в ряд спаданням распиляемості:
в аргоні: Сd, Аg, Рb, Аu, Sn, Вi, Ni, Сu, Рt, W, Zn, Si, А1;
в азоті: Аg, Аu, Рb, Вi Сu, Рt, Ni, Сd.
Положення металу в ряду распиляемості враховують при виготовленні конструкційних елементів установки, які не повинні розпорошуватися в процесі отримання плівок. Так, добре розпорошується в аргоні кадмій практично не розпорошується в азоті. Це пов'язано з відмінностями в порогових енергіях іонного розпилення металів у різних газах.
Іншим фактором, що характеризує швидкість напилення, є щільність струму розряду, оскільки вона визначає число іонів, що падають на катод. Щільність струму, а, отже, і швидкість напилення ростуть з підвищенням тиску іонізіруемого газу в системі. Однак при значному збільшенні тиску швидкість напилення починає швидко спадати. Це зумовлено двома явищами, що відбуваються в тліючому розряді: зворотної дифузією розпорошеного матеріалу до мішені (яка, як встановлено, спостерігається при тисках, що перевищують приблизно 17 Па) і перезарядженням іонів в області їх прискорення. Останнє явище полягає в тому, що іон передає свій заряд нейтральному атома і продовжує рухатися до катода з колишньою швидкістю, але вже в нейтральному стані, а новий іон має тільки теплову швидкість. В результаті частина іонів досягає катода, володіючи низькими енергіями, і не викликає розпилення, а швидкі нейтральні атоми в основному відбиваються від катода з малою втратою енергії (пружне зіткнення).
Присутність в камері крім основного інертного газу (зазвичай аргону) інших (домішкових) газів (фонова атмосфера) зменшує швидкість нанесення плівки. Для легких іонів (водень, гелій) зменшення швидкості напилення пояснюється тим, що ці іони через їх високої рухливості вносять великий внесок у протікає струм, не роблячи в той же час розпилення матеріалу в силу вкрай низьких значень коефіцієнтів розпилення. Для кисню - відбувається утворення на поверхні катода оксидного шару з меншим коефіцієнтом розпилення. Наприклад, вміст в робочій камері 1% кисню знижує швидкість напилення металів в 2 рази.
До числа факторів, що впливають на однорідність плівки по товщині, в першу чергу слід віднести відстань між мішенню і підкладкою. Ті з розпорошених атомів, які випускаються під малими кутами до поверхні катода і випробовують зіткнення з атомами газу, можуть не потрапити на підкладку. Зі збільшенням відстані між катодом і підкладкою ймовірність цього процесу зростає.
Рис. 1 Схема катодного розпилення по двоелектродної (а) і трьохелектродної (б) схемами
- вакуумний ковпак; 2 - екран; 3 - охолоджуваний катод (мішень); 4 - анод (підкладка); 5 - термокатодом; 6 - анод; ІП - джерело живлення.
Для того, щоб збільшити швидкість розпилення матеріалу необхідно інтенсифікувати іонізацію робочого газу. Це досягається в трьохелектродної системі (рис. 1, б), де використовується не самостійний (ініційований) розряд, підтримуваний термоелектронної емісією додаткового катода. Щільність струму розряду значно підвищується, отже, підвищується щільність важких іонів, бомбардують катод, що збільшує швидкість розпилення матеріалу мішені і призводить до значного (більш ніж на порядок) збільшення швидкості росту плівок.
Суть методу катодного розпилення
Конструкція установки для катодного розпилення, зображеної на (рис. 1.1), складається з газорозрядної камери 1, в яку вводиться робочий газ (зазвичай аргон) під тиском 1 - 10 Па; катода 2, що виконує функцію розпилюється мішені; анода 3 і закріпленої на ній підкладки 4. Між анодом і катодом подається постійна напруга...
