амеру і його актівіровка в магнетронном розряді сприяють отриманню плівок з хімічним складом, близькому до стехіометричної (Al2O3, A1N, ТiO2, TiN, SiO2, Si3N4 і т.д.), навіть при розпиленні елементарних мішеней. Проте присутність реакційного газу позначається на стані поверхні мішені і газового середовища в камері - проявляються ефекти отруєння мішені і гетерування (поглинання) реакційного газу. Ці ефекти суттєво впливають на процес розпилення мішені. Термін отруєння означає, що на поверхні мішені утворюється шар (плівка) з продукту реакції розпорошеного і назад розсіяного матеріалу мішені (металу) з газом - оксиду, нітриду і т.д.
На рис. 1.4 представлені відомі з багатьох робіт залежно парціального тиску реакційного газу і швидкості розпилення металевої мішені від величини потоку реакційного газу, що подається в камеру. Для прикладу в якості такого газу узятий кисень. Залежності мають три характерних області або режиму: режим розпилення металу (М), в якому металеві мішень практично не отруєна raquo ;; режим (Р) явного реакційного розпилення, в якому мішень сильно отруєна і розпорошується з'єднання металу з газом; гистерезисная перехідна область (П). У режимі М швидкість розпилення і гетерування реакційного газу - максимальні. Навпаки, в режимі Р вони - мінімальні, оскільки коефіцієнт розпилення оксидних і нітридних з'єднань істотно нижче коефіцієнта розпилення чистого металу. Склад осаждаемой плівки на підкладці: у режимі М - близький до матеріалу мішені, але з домішками газового елемента; в режимі Р - близький до стехіометричної. Режим П - нестабільний з сильно вираженим гістерезисом. Стрілки на графіках показують, як поводиться розпилювальна система при збільшенні потоку напускає реакційного газу або його зменшенні. Реальні характеристики залежать від багатьох факторів (роду газу, матеріалу мішені, щільності струму, параметрів відкачуванняі, способу стабілізації робочого режиму). [4]
1.6 зіткнень характер руху атомних часток (іонів) в газі
Розгляд процесу іонного розпилення в газовому розряді не буде повним, якщо не згадаємо про зіткнень характері руху іонів в шарі просторового заряду близько мішені, а також розпорошених частинок і відбитих атомів (нейтралізувати іонів) в газі в напрямку підкладки.
Іони, що потрапляють на мішень, тобто на катод, прискорюються в прікатодном шарі позитивного просторового заряду. Цей шар також називають темним катодним простором, оскільки газ в ньому світиться набагато слабкіше, ніж в розрядної плазмі. Шар автоматично утворюється близько катода в будь-якому розряді через малу рухливості іонів, і він забезпечує прискорення не тільки іонів, але і катодних електронів у зворотному напрямку. Падіння напруги на цьому шарі приблизно дорівнює разрядному напрузі U, і якщо іони при своєму русі не стикаються з газовими молекулами, їх енергія на катоді дорівнює qU, де q - заряд іона. При зустрічі з молекулами газу іони здійснюють пружні і непружні зіткнення: перші призводять до їх відхиленню від первинного напряму руху і втрати частини кінетичної енергії; друге при тих умовах, які мають місце в розпилювальних системах, пов'язані з перезарядженням іонів, при якій іони перетворюються на нейтральні частинки зі збереженням вектора своєї швидкості, а газові молекули перетворюються на іони з початковою енергією, відповідної теплової енергії молекул газу. Потім нейтральні частинки летять до мішені-катода за інерцією, а іони починають прискорюватися до нового зіткнення з газовою молекулою або мішенню. Для реакції перезарядки іонів Аr + у власному газі можна записати наступне рівняння
+ + Ar0=АR0 + Аr (1.4)
Таким чином, рух іонів в катодному шарі носить естафетний характер, а катодного розпилення обумовлено бомбардуванням іонами і нейтральними частинками. Чим нижче тиск робочого газу і тонше катодний шар, тим менше роль цих ефектів. [6]
Розглянемо рух розпорошених частинок і відбитих нейтралізувати іонів через газ у напрямку підкладки. Зазначені частинки при русі в газі скоюють зіткнення з газовими молекулами і розсіюються з втратою енергії спрямованого руху. При досить великих значеннях pdм-п a, де р - тиск робочого газу в просторі мішень-підкладка, dм-п - відстань між мішенню і підкладкою, ці частинки повністю втрачають спрямований рух і термалізуются, тобто сповільняться до теплових швидкостей, відповідних температурі газу. Після цього розпорошеного частинки будуть рухатися в режимі дифузії за законом броунівського руху. Величина pdм-п диф., При якій встановлюється дифузійний режим з термалізація високоенергетичних часток, залежить від співвідношення мас розпорошених і відбитих високоенергетичних часток і молекул газу. Чим більше маса зіштовхуються частинок, тим швидше встановлюється такий режим. Орієнтовне значення pdм-п диф. ...
