величиною кілька кіловольт, що забезпечує створення в міжелектродному просторі електричного поля напруженістю порядку 0,5 кВ/см. Анод заземлений, а негативна напруга до катода подається через ізолятор 5. Щоб виключити забруднення скляного ковпака камери, поблизу катода закріплюють екран 6.
Рис. 1.1 Схема установки для катодного розпилення.
Електричне поле, що існує між катодом і анодом, прискорює електрони, що утворюються в міжелектродному просторі в результаті фотоемісії з катода, автоелектронної (польовий) емісії або інших причин. Якщо енергія електронів перевищує енергію іонізації молекул робочого газу, то в результаті зіткнення електронів з молекулами газу виникає газовий розряд, тобто утворюється газорозрядна плазма. Для того щоб електрон міг набрати необхідну для іонізації газу енергію, йому потрібно забезпечити мінімально необхідну довжину вільного пробігу. Тільки за цієї умови електрон, рухаючись без сутичок, здатний збільшити свою енергію до потрібної величини.
Однак, якщо довжина вільного пробігу електронів стає порівнянної з відстанню між катодом і анодом, то основна частина електронів буде пролітати межелектродное простір без сутичок з молекулами робочого газу. Газорозрядна плазма згасне. Ці два фактори і визначають нижній і верхній межі тисків газу в камері.
Настає внаслідок газового розряду плазма складається з електронів, іонів і нейтральних молекул робочого газу (рис. 1.2). Іони під впливом електричного поля прискорюються і бомбардують катод-мішень. Якщо енергія іонів перевищує енергію зв'язку атомів мішені, то відбувається її розпорошення. Розпилення може відбуватися при постійному струмі або струмі високої частоти, в середовищі реакційного газу або без нього, з напругою зміщення або без нього, з додатковим магнітним полем. Крім вибивання атомів з поверхні мішені, іони здатні вибити з неї вторинні електрони (вторинна електронна емісія). Ці вторинні електрони прискорюються і іонізують молекули робочого газу; утворюються при цьому іони бомбардують мішень, викликаючи вторинну електронну емісію, і процес повторюється. Таким чином, газовий розряд підтримує сам себе і тому називається самостійним тліючим розрядом.
Рис. 1.2 Освіта плазми.
З підвищенням струму, що протікає через газорозрядну плазму, збільшується щільність іонного потоку і інтенсивність розпилення мішені. При деякій щільності потоку, що залежить від умов охолодження мішені, починає проявлятися термоелектронна емісія. Струм в розряді зростає, а сам розряд стає несамостійним, набуваючи характеру дугового розряду.
Для запобігання переходу самостійного тліючого розряду в дугового високовольтне джерело живлення повинно мати обмеження по потужності, а мішень інтенсивно охолоджуватися.
Для опису процесів катодного розпилення мішені використовують моделі, засновані на двох механізмах. Згідно першому механізму розпорошені атоми виникають в результаті сильного локального розігріву поверхні мішені самим падаючим іоном (модель «гарячого плями») або швидкої вторинної частинкою (модель «теплового клину»). Другий механізм полягає в передачі імпульсу падаючого іона атомам решітки матеріалу мішені, які, у свою чергу, можуть передати імпульс іншим атомам решітки, викликавши тим самим каскад зіткнень (модель зіткнень).
Основною характеристикою ефективності процесу розпилення є коефіцієнт розпилення Кр, який визначається відношенням кількості вибитих атомів Nат до кількості бомбардують мішень іонів Nіон:
(1)
По суті коефіцієнт розпилення являє собою середнє число атомів мішені, вибитих одним іоном.
Поблизу порога Кр дуже мало (10-5 атомів/іон), а при оптимальних умовах Кр досягає декількох десятків. Величина Кр не залежить від тиску газу при малих тисках р lt; 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. Ст.), Але при р gt; 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. См.) Відбувається зменшення Кр за рахунок збільшення числа частинок, осаждающихся назад на поверхню.
На величину Кр впливають як властивості бомбардують іонів - їх енергія (Е) (рис.1.3), маса Mi (рис. 1.4), кут падіння її на мішень (рис. 1.5), так і властивості розпилюючи речовину - чистота поверхні, температура, кристалічна структура, маса атомів мішені.
Рис. 1.3 Залежність коефіцієнта розпилення (Кр) S мідної мішені від енергії (Е) бомбардують іонів.
Рис. 1.4 Залежність коефіцієнта розпилення Кр (S) від маси бомбардують іонів Mi (Еi=400 ев).
Рис. 1.5 Залежність Кр (S) від кута падіння? іонів, бомбардують поверхню Cu, Ta, Fe, Pt (цифри вказують енергію іонів)
За енергетичної залежності видно, що коефіцієн...
