(3)
де U - величина катодного падіння потенціалу; - струм розряду; - середня відстань між катодом і підкладкою;
Р - тиск газу;
А і В - емпіричні константи, що залежать від роду газу і матеріалу
катода.
Конденсація атомів на поверхні при катодному розпиленні
Процес конденсації при катодному розпиленні істотно відрізняється від конденсації при термічному випаровуванні. Так, при катодному розпиленні відсутня критична температура конденсації, і конденсація металевої плівки здійснюється практично за будь-яких плотностях пучка. Методом катодного розпилення без охолодження підкладки вдається осадити такі метали, які при вакуумному випаровуванні конденсуються тільки при додатковому охолодженні. Енергія зв'язку з підкладкою при катодному розпиленні виявляється вищою, ніж при термічному випаровуванні. З іншого боку, недоліком при отриманні плівок катодним розпиленням є присутність робочого газу. Молекули газу, активовані розрядом, адсорбуються в напиленням шарі, і плівка зазвичай містить велику кількість газу.
І все-таки метод катодного розпилення дозволяє уникнути багатьох труднощів, що виникають при термічному випаровуванні, і отримувати плівки металів з низькими температурами конденсації, плівки тугоплавких металів і сполук з контрольованими властивостями.
Характеристики тонких плівок, отриманих методом катодного розпилення
Перевагою методу катодного розпилення є гарна адгезія плівок (при термічному напиленні), тому енергія атомів більше і вони видаляють з підкладки домішки, а окісної шар на підкладці утворюється легше. При цьому забезпечується висока рівномірність осадження покриттів. Так само даний метод дозволяє одержувати плівки тугоплавких металів та їх окислів. А порівняно великі площі поверхні одержуваних плівок дозволяють використовувати даний метод у виробничих масштабах.
До недоліків методу можна віднести недостатньо висока якість плівок через вміст в них залишкових газів і низька адгезія покриттів, як наслідок низької енергії частинок, ступеня іонізації.
Застосування тонких плівок, отриманих методом катодного розпилення
Метод катодного розпилення знаходить широке застосування в техніці. Його використовують при нанесенні спеціальних покриттів для оптичних і електрооптичних приладів. У мікроелектронної промисловості метод знайшов широке застосування у виробництві тонкоплівкових резисторів і конденсаторів. Для контактів і електродів застосовують плівки золота, срібла, платини; плівки танталу відрізняються високою стабільністю електроопору; нітрид танталу і деякі плівки сплавів використовують для конденсаторів. Катодного розпилення також застосовують для осадження сухих мастильних матеріалів і отримання твердих зносостійких покриттів.
Плівки SiO2, отримані методом радіочастотного розпилення, мають кращу стабільність і адгезію, ніж отримані будь-яким іншим методом. Наприклад, освоєний метод нанесення хромових і платино-хромових покриттів на леза бритв з нержавіючої сталі для збільшення терміну їх служби. У повністю автоматизованій установці одночасно покривається 70000 лез. Особливо перспективний цей метод для нанесення покриттів з тугоплавких матеріалів, які важко нанести термічним випаровуванням у вакуумі.
Так як швидкість осадження покриттів катодним розпиленням є низькою, вона використовується, в основному, для отримання тонких захисних і антифрикційних покриттів на прецизійних деталях машин і приладів (опори газових підшипників, приладові підшипники ковзання і кочення). Як матеріал покриття використовують дисульфід молібдену, золото, срібло, свинець, індій.
Переваги і недоліки методу
Таким чином, катодного розпилення характеризується наступними перевагами:
процес розпилення газової фази безінерційна, при припиненні подачі потенціалу на катод генерація газової фази також практично миттєво припиняється;
невелика витрата матеріалу, тому розпорошується матеріал катода осідає тільки на підкладці, а не у всьому обсязі камери;
забезпечується досить висока адгезія плівки до підкладки, завдяки великій енергії конденсуються атомів;
низьке тепловий вплив на виріб (нагрівається тільки поверхня катода);
можливість розпилення тугоплавких металів;
отримання покриттів різного хімічного складу: окисних, нітридних та інших плівок, в тому числі легованих, в результаті хімічних реакцій атомів розпорошується металу з вводяться в камеру газами;
можливість отримання органічних плівок;
велика площа розпилюється пластини матеріалу - мішені, що виконує функції джерела атомів осаждаемого речовини, що дозволяє отримати рівномірні по товщині плівки на підкладках великих розмірів, що, у свою чергу, забезпечує ефективну реалізацію групового методу обробки;
стехиометрический складу покриттів при їх отриман...
