Получение покрытий распылением в несамостоятельном газовом разряде

Несамостоятельный газовый разряд – разряд, для поддержания которого необходим постоянный подвод энергии извне. Для инициирования и поддержания газового разряда, как правило, используют:

1) заряженные частицы, например, электроны, генерируемые отдельным источником;

2) ультрафиолетовое или γ- излучение (образование заряженных частиц происходит вследствие ионизации или фотоэффекта);

3) внешнее высокочастотное электромагнитное поле.

В технологии получения покрытий наиболее часто в качестве внешнего ионизатора используют электроны, источником которых является, например, размещенный в камере термокатод. Наиболее простой реализацией данного метода является трехэлектродное устройство распыления с термокатодом (рисунок 8).

Рис. 4. – Схема распыления в несамостоятельном газовом разряде: 1– термокатод; 2– анод; 3– распыляемая мишень; 4– изделие

Использование несамостоятельного газового разряда позволяет значительно снизить начальное давление в камере и, таким образом, уменьшить концентрацию химически активных газов и, соответственно, повысить химическую однородность покрытий.

При реализации данного метода достигаются следующие характерные параметры:

-скорость осаждения – до 0,1 мкм/мин. При этом скорость распыления регулируется в широких пределах, например, путем изменения тока эмиссии термокатода;

-удельная испаряемость β ≈ 10-7 г/Дж.

Преимущества метода распыления в несамостоятельном газовом разряде по сравнению с другими методами заключаются:

1) в универсальности, т.к. можно получать покрытия любой природы, в том числе из самых тугоплавких материалов, полимеров;

2) высокой сплошности и адгезии формируемых покрытий (они не содержат включения активных газов и химических соединений с их участием);

3) возможности получения покрытий сложного состава (карбидов, нитридов, оксидов);

4) достижении относительно высокой скорости распыления и, соответственно, скорости роста покрытий.

ИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЕ ИСПАРЕНИЕ

Ионно-термическое испарение является комбинацией термического испарения и ионного распыления и выполняется следующими методами:

- резистивным или электронно-лучевым испарением вещества с последующей ионизацией его паров в плазме рабочего газа;

- резистивным или электронно-лучевым испарением вещества с последующей ионизацией его паров (например, с помощью высокочастотного индуктора);

- высокочастотным термическим испарением вещества с одновременной высокочастотной ионизацией его паров.

Во всех случаях движение ионов испаряемого вещества к подложке и осаждение на ней обусловлены действием электрического поля, создаваемого между испарителем и подложкой. В зависимости от требуемой кристаллической структуры и адгезии осаждаемых пленок потенциал подложки может быть от О до 10⁴ В. Так, при низких температурах подложки, чтобы получить удовлетворительную адгезию пленки к ней, потенциал необходимо увеличивать.

Достоинствами ионно-термического испарения являются: большая скорость процесса, свойственная термическому испарению, в сочетании с высокой энергией конденсирующихся частиц, характерной для ионного распыления; однородность и равномерность осаждаемых пленок по толщине; возможность осаждения пленок сложного состава (карбидов, нитридов, оксидов и др.) с большими скоростями без высокотемпературного нагрева подложек. Примеры ионно-термических источников распыления показаны на рисунке 5.

Рис.5. Схемы ионно-термических источников распыления:

а - с резистивным испарителем, б - с электронно-лучевым испарителем, в - с ВЧ ионизацией, г - с ВЧ распылением и ионизацией.

1 - верхний фланец камеры; 2 - подложка; 3 - резистивный испаритель; 4 - нижний фланец камеры; 5 - электронный пучок; 6 - тигель; 7 - электронно-лучевая пушка; 8 - индуктор;

Отчёт по лабораторной работе:

В ходе лабораторной работы мы получили тонкие металлические покрытия на стеклянных подложках методами вакуумного термического испарения и трёхэлектродного распыления.

Поверхность подложек подготавливалась путём её очищения кальцинированной содой и споласкиванием проточной и дистиллированной водой. Чистота поверхности определялась визуально на предмет наличия загрязнения,