Ионно-плазменное распыление

слои вещества толщиной от долей нанометра да нескольких микрометров, обладающих рядом особенностей атомно-кристаллической структуры, магнитных, электрических и других физических свойств.
Тонкие пленки, и в особенности – нано-структурированные тонкие пленки, играют очень важную роль в современной технике. Их значение в научно-техническом прогрессе чрезвычайно велико. Они используются в самых разнообразных областях науки и техники, например в качестве защитных покрытий, для преобразования солнечной энергии в электрическую, в сверхпроводниковых приборах, в интегральной и функциональной микро- и наноэлектроннике.

(ИПР)
Эпитаксия из газовой фазы
Жидкостная эпитаксия
Молекулярно-лучевая эпитаксия

при этом будет уменьшаться число ионизирующих столкновений электронов с атомами и уменьшится плотность ионов в разряде. Это можно компенсировать введением дополнительного источника электронов и превращения разряда в несамостоятельный. Наиболее простой способ - применение источника термоэлектронной эмиссии, при этом разряд обеспечивается даже в высоком вакууме. В отличие от катодного распыления этот процесс осуществляется в трехэлектродной системе, поэтому иногда его называют триодным распылением

состоит в том, что между мишенью (3) с нанесенным на нее слоем распыляемого вещества и подложкой 4 зажигается независимый несамостоятельный газовый разряд (5). Для него характерно наличие стороннего источника электронов в виде накаливаемого катода (1) с независимым источником накального напряжения (8). Разряд характеризуется низкими рабочими напряжениями (десятки вольт) и низким давлением рабочего газа (10−3 - 10−4 Торр).

2 − 3 кВ), который достаточен для возникновения и поддержания аномального тлеющего разряда. Положительные ионы плазмы 6 под действием потенциала ударяются о мишень и, проникая вглубь, теряют энергию, смещая атомы, и останавливаются. Если энергия, переданная атому, больше энергии сублимации данного материала, то атом 7 покидает мишень. За счет полученного от иона импульса выбитые атомы пересекают разрядный промежуток и осаждаются на подложку, причем энергия, с которой они подходят к подложке существенно больше, чем при методе ТВН.

держатель;
6 – нагреватель;
7 – испаритель;
8 – поворотная заслонка.

1 – колпак;
2 - опорная плита;
3 - прокладка;
4 – подложка;
5 – держатель;
6 – катод;
7 – экран;
8 – штуцер.

1 – колпак;
2 - опорная плита;
3 - прокладка;
4 – подложка;
5 – держатель;
6 – накаливаемый катод;
7 – заземленный анод;
8 – штуцер;
9 – электрод (мишень).

испаритель;
основа;
электрическая часть;
механизм вращения;
дверца.

держатель;
6 – накаливаемый катод;
7 – заземленный анод;
8 – штуцер;
9 – электрод (мишень).

Весь процесс напыления происходит только во время подачи потенциала на мишень. Если до начала напыления с помощью механической заслонки изолировать подложку, то выбитые с верхнего, загрязненного слоя мишени атомы осядут на заслонку − будет иметь место ионная очистка мишени.
Если же подать до процесса напыления отрицательный потенциал на подложку − то будет иметь место ионная очистка подложки, являющаяся практически самым эффективным способом очистки подложки от загрязнений.

Ионная очистка

держатель;
6 – накаливаемый катод;
7 – заземленный анод;
8 – штуцер;
9 – электрод (мишень).

Возникают трудности при распылении диэлектрических материалов, т.к. на мишени возникает положительный заряд, отталкивающий ионы. Для преодоления этих трудностей применяют высокочастотное ионно-плазменное напыление, заключающееся в подаче на мишень совместно с постоянным отрицательным потенциалом высокочастотного (порядка 15 кГц) переменного напряжения с амплитудой, незначительно превышающей постоянный отрицательный потенциал.

Распыление диэлектриков

держатель;
6 – накаливаемый катод;
7 – заземленный анод;
8 – штуцер;
9 – электрод (мишень).

Добавление к рабочему газу газа реагента позволяет реализовывать реактивное ионно-плазменное напыление и получать окислы, гидриды, нитриды и прочие соединения, аналогично методу ионного распыления.

Реактивное распыление

держатель;
6 – накаливаемый катод;
7 – заземленный анод;
8 – штуцер;
9 – электрод (мишень).

Если к рабочему инертному газу добавить кислород и бомбардировать поверхность металлической пленки, находящейся под положительным потенциалом, то отрицательные ионы кислорода будут окислять металлическую пленку. Этот процесс называется анодированием.
С его помощью получают самые высококачественные пленки металлических окислов.

Анодирование

осаждаемого вещества, позволяет получить равномерные по толщине пленки на подложках больших размеров;
Мишень представляет собой длительно не заменяемый источник материала (при толщине пластины 3 мм смена производиться один раз в месяц при двухсменной работе), что облегчает автоматизацию, повышает однородность процесса;
Обеспечивается высокая адгезия пленки к подложке благодаря большой энергии конденсирующихся атомов;
Получение пленок из тугоплавких металлов протекает без перегрева вакуумной камеры;
Возможно получение окисных, нитридных и других пленок, в том числе легированных, в результате химических реакций атомов распыляемого металла с вводимыми в камеру газами;
Можно проводить окисление плазменным анодированием;
Можно получать органические пленки;
Потери материала минимизированы, т.к. весь процесс происходит в геометрическом промежутке мишень-подложка, исключая объем камеры, как это имеет место в методе ТВН.

катода.
Габариты камеры лимитируют размер детали.