Напыление является одной из ведущих технологий получения тонкопленочных материалов. Он использует ионы, генерируемые источником ионов, для ускорения агрегации в вакууме. Затем формируется высокоскоростной поток ионного пучка, бомбардирующий поверхность твердого тела, и ион и атомы на поверхности твердого тела обмениваются кинетической энергией. Атомы на поверхности твердого тела отделяются от твердого тела и осаждаются на поверхности подложки. Существует три технологии распыления: распыление постоянным током, напыление покрытия и магнетронное распыление постоянным током.
Распыление постоянным током
Распыление постоянным током означает, что мишенный материал устанавливается на поверхность катода тлеющим разрядом в вакуумной камере и бомбардируется ионами. Устанавливается стол для образцов с нанесенной подложкой или заготовкой, а вакуумная камера заземляется в качестве анода. Во время работы, после того как вакуумная камера накачивается до высокого вакуума, вводится аргон и поддерживается степень вакуума около 1,0 Па, плюс напряжение постоянного тока 2-3 кВ над двумя электродами, может генерироваться тлеющий разряд. В это время вблизи мишени (катода) формируется область плазмы высокой плотности — область отрицательного свечения. Эффект распыления возникает, когда ионы в этой области бомбардируют мишень при ускорении постоянного напряжения. Атомы, распыляемые с поверхности мишени, осаждаются на подложку или заготовку, образуя покрытие.
Нанесение покрытия методом распыления.
Нанесение покрытия методом напыления представляет собой технологию, при которой поверхность мишени бомбардируется заряженными частицами в вакууме для осаждения бомбардированных частиц на подложке. Обычно падающие ионы создаются тлеющим разрядом инертного газа низкого давления. Катодная мишень изготовлена из материала покрытия, подложка используется в качестве анода, а аргон или другой инертный газ в концентрации 0,1–10 Па вводится в вакуумную камеру для генерации тлеющего разряда под высоким отрицательным напряжением постоянного тока 1–3 кВ или ВЧ-напряжением 13,56 МГц. катод (мишень). Ионизированные ионы аргона бомбардируют поверхность мишени, в результате чего атомы мишени разбрызгиваются и осаждаются на подложке, образуя тонкую пленку.
Магнетронное распыление постоянного тока
При магнетронном напылении, поскольку движущиеся электроны подвергаются действию силы Лоренца в магнитном поле, траектории их движения изгибаются или даже спиральны, а траектории их движения становятся длиннее. В результате увеличивается количество столкновений с молекулами рабочего газа, увеличивается плотность плазмы, так что скорость магнетронного распыления может быть значительно улучшена, и они могут работать при более низком напряжении распыления и давлении воздуха, уменьшающемся. С другой стороны, это также увеличивает энергию атомов, падающих на поверхность подложки, в значительной степени улучшая качество пленки. В то же время электроны, потерявшие энергию после многих столкновений, становятся электронами низкой энергии, когда достигают анода, чтобы подложка не перегревалась. Таким образом, магнетронное распыление имеет преимущества «высокой скорости» и «низкой температуры».
Недостаток этого метода в том, что изоляционную пленку невозможно подготовить. Неоднородное магнитное поле, используемое в магнитном управляющем электроде, вызывает значительное неоднородное травление мишени, что приводит к низкой степени использования мишени, обычно всего 20–30%.