Описание лабораторной установки

 

Среди различных технологических устройств, применяющихся для ионного распыления материалов, все более широкое применение в последнее время получают ионно-лучевые устройства, позволяющие формировать автономный ионный пучок, который создается в отдельном замкнутом устройстве – ионном источнике. В ионно-лучевом распылении эффективно контролируются практически все физические параметры процесса. В данной работе используется ионный источник типа ускорителя с анодным слоем (УАС). Упрощенная схема источника представлена на рис. 3.7.

 

Рис. 3.7. Упрощенная схема ионного источника типа УАС:

1 – анод; 2 – соленоид; 3 – полюсные наконечники;

4 – мишень; 5 – подложка; 6 – ионный пучок;

7 – поток распыленного материала

 

Основными параметрами, характеризующими процесс работы такого источника, являются: ток соленоида, ток разряда, ток мишени I _M, напряжение на аноде U_A, рабочее давление. Средняя энергия ионов в пучке связана с анодным напряжением формулой

 

.                                   (3.9)

 

Угол падения ионного конического пучка на мишень составляет 60^о.

В работе будет исследовано распыление мишеней из различных металлов Cu, Ni, Al и др.). При этом будет варьироваться  энергия ионов и ионный ток на мишени.

Формирование покрытий будет осуществляться на модернизированной установке вакуумного напыления УРМ 3.279.017. Общий вид установки представлен на рис. 3.8, а.

В качестве ионного источника использовался двухлучевой плазменный ускоритель с анодным слоем. Он позволяет формировать два независимых пучка ионов: из верхней ступени в виде полого цилиндра и конусообразный из нижней ступени. Первый пучок предназначен для ионной очистки и бомбардировки, второй – для распыления мишени. Ионный источник  смонтирован в подколпачном объеме вакуумной установки. Внешний вид подколпачного объема изображен на рис. 3.8, б. Вакуумный объем откачивается диффузионным насосом до  вакуума 4·10^–5 мм рт.ст.

 

                    а                                                                б

 

Рис. 3.8. Внешний вид установки вакуумного напыления УРМ 3.279.017 (а) и  внешний вид подколпачного объема (б)

 

Толщина пленок измеряется с помощью микроскопа–интерферометра МИИ-4. Это бесконтактный оптический прибор, предназначенный для изучения микрогеометрии поверхности объектов на основе метода двухлучевой интерференции света. Интерференционную картину можно наблюдать как в белом, так и в монохроматическом свете. На рис. 3.9 показан внешний вид МИИ-4.

 

 

Рис. 3.9. Микроинтерферометр МИИ-4

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Получить у лаборанта подложку из кремния и металлическую мишень. Измерить размер мишени (диаметр или длину и ширину) с помощью линейки.

2. С помощью пинцета закрепить подложку на подложкодержателе.

3. Закрепить подложкодержатель на карусели, а мишень – на мишенедержателе.

4. После достижения вакуума в камере не хуже 4·10^–5  мм рт.ст. осуществить напыление металлической пленки на подложку в течение заданного преподавателем времени. В процессе напыления контролировать ускоряющее напряжение и ток на мишени по приборам на блоке питания БП-94.

  Примечание. Процесс откачки вакуумной камеры и напыления должен проводиться инженером или лаборантом.

5. После завершения напыления напустить воздух в камеру и извлечь подложку с нанесенной металлической пленкой.

6. С помощью микроскопа интерферометра МИИ-4 измерить толщину металлической пленки и рассчитать скорость нанесения.

7. Рассчитать коэффициент распыления металла мишени, используя формулу (3.6).

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Введение (постановка задачи и определение цели работы).

2. Основные теоретические сведения.

3. Упрощенная схема ионного источника.

4. Таблица экспериментальных данных с результатами расчетов.

6. Анализ полученных результатов.

7. Выводы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. В чем заключается механизм ионного распыления?

2. Как определить пороговую энергию распыления?

3. Что такое  коэффициент распыления?

4. От каких параметров зависит величина коэффициента распыления?

5. Чем отличается процесс распыления аморфных и монокристалли-ческих мишеней?

6. Каковы основные особенности конденсации пленок при ионном распылении?

7. В чем заключаются особенности кинетики конденсации пленок при ионном распылении?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Физическое распыление одноэлементных твердых тел; пер с англ; / под ред. Р. Бериша. –М.: Мир, 1984. – 336 с.

2. Вендик, О. Г. Корпускулярно-фотонная технология/ О. Г. Вендик, Ю. Н. Горин, В. З. Попов. – М.: Высш. школа, 1984. – 239 с.

3. Ивановский, Г. Ф. Ионно-плазменная обработка ма­териалов/ Г. Ф. Ивановский, В. И.  Петров. –  М.: Радио и связь,  1986. –  232 с.

Лабораторная работа №4