222nm sijalica, 172nm UV lampa jonski snop-potpomognuta taloženjem i niskoenergetski izvor jona
Ion Beam Assisted Deposition
Osnovni koncept taloženja potpomognutog ionskim snopom (IBAD)
Taloženje potpomognuto ionskim snopom (IBAD)prvenstveno koristi niskoenergetske snopove jona za pomoć u modificiranju površine materijala.
(1) Karakteristike ion-potpomognutog taloženja: Tokom procesa premaza, taloženje se dešava istovremeno sa zračenjem snopom jona pod naponom. Nanesene filmske čestice na površini supstrata su kontinuirano bombardirane ionima pod naponom iz izvora jona.
(2) Efekti ion{1}}potpomognutog taloženja: joni visoke{2}}ene energije odmah bombardiraju i uklanjaju labavo vezane čestice filma; prenosom energije, deponovane čestice dobijaju veću kinetičku energiju, čime se poboljšavaju obrasci nukleacije i rasta; struktura filma se kontinuirano zbija, čineći tanki film gušćim; ako se injektiraju reaktivni ioni plina, na površini materijala može se formirati sloj spoja stehiometrijskog sastava, bez međusloja između sloja spoja i supstrata.
Izvori jona za taloženje potpomognuto jonskim snopom
Karakteristika taloženja potpomognutog ionskim snopom je da su atomi filma (naložene čestice) na površini supstrata kontinuirano bombardirani niskoenergetskim jonima iz izvora jona, što rezultira vrlo gustim strukturama tankog filma i poboljšanim performansama filma. Energija jonskog snopa je E manja ili jednaka 500 eV. Uobičajeni izvori jona uključuju:Kaufmanov izvor jona, Kraj-Halov jonski izvor, izvor jona anodnog sloja, šuplja katoda Holov jonski izvor, iRF jonski izvor. Ovi izvori jona, u određenim aplikacijama optičkog premaza, mogu se kombinovati sa a222nm sijalicaili172nm UV lampaza pomoćno čišćenje površine ili aktivacijski tretman za dodatno poboljšanje kvalitete filma.
(1) Kaufmanov izvor jona
TheKaufmanov izvor jonaje izvor jona vruće niti. Sadrži vruću katodu koja emituje termoionske elektrone za održavanje pražnjenja. Cilindrična anoda okružuje katodu, a gas je jonizovan između dve elektrode. Stalni magneti se dodaju da poboljšaju efikasnost jonizacije, uzrokujući spiralu elektrona pod elektromagnetnim poljem, povećavajući verovatnoću sudara sa gasom argona. Kaufmanov izvor jona ima dvije mreže: sito i akceleratorsku mrežu. Elektroni koji se emituju iz katode sudaraju se sa gasom, ionizirajući ga; Rezultirajući ioni prolaze kroz rupe u mreži sita kako bi formirali snop jona, ekstrahirali ga akceleratorska mreža i neutralizirali neutralizatorom prije direktnog bombardiranja supstrata ili mete. Neutralizacija sprječava nakupljanje naboja na podlozi, što bi moglo odbiti sljedeće ione.
Kaufman jonski izvor radi na niskim pritiscima od 10⁻² do 10⁻¹ Pa, sa niskim naponom pražnjenja oko 50 V, strujom pražnjenja od 1-2 A, naponom snopa jona od 100-1000 eV i gustinom struje snopa od 20-40 μA/cm². Nudi prednosti kao što su neosjetljivost na okolinu, niska kontaminacija, nisko zagrijavanje radnog komada, sposobnost hladnog taloženja i nisko ispuštanje plinova, što ga čini široko korištenim u pripremi optičkog tankog filma, posebno u precizno{10}}kontroliranim scenarijima gdje može pomoći integraciji sa222nm sijalicaza ultraljubičasti pre{0}}tretman.
(2) End-Hall jonski izvor
TheKraj-Halov jonski izvorje također izvor jona na bazi filamenta-. Katodna nit se nalazi iznad anode, a trajni magneti ispod anode; ovaj izvor nema mreže. Termionski elektroni koji se emituju sa katode iznad anode formiraju Holovu struju u obliku prstena- pod ortogonalnim elektromagnetnim poljima. Katodni potencijal i Holova struja ubrzavaju jone prema gore i dolje, povećavajući vjerovatnoću sudara.
Jonski izvor End-Hall ekstrahuje jonske zrake sa energijama od 50–150 eV, maksimalnom strujom snopa od 1500 mA, radnim vakuumom od 9×10⁻³ do 6×10⁻² Pa i radi sa gasovima kao što su argon, kiseonik, azot i vazduh. Pruža visoku gustinu jonskog fluksa, veliki ugao divergencije, jednostavno održavanje i poželjan je izbor za nisku-opremu za optičke premaze. Kraj-Halovi jonski izvori se obično koriste u uređajima za prevlačenje elektronskim snopom, ponekad u kombinaciji sa172nm UV lampaza poboljšanje efekata modifikacije površine.
I Kaufman i End{0}}Hall jonski izvori koriste vruće filamente, što ih čini podložnim koroziji reaktivnim plinovima, sa manjom efikasnošću i kraćim vijekom trajanja.
(3) Hollow Cathode Hall jonski izvor
Zbog kratkog vijeka trajanja filamenta u Hallovim izvorima, pojavili su se Hol ionski izvori sa šupljom katodom koji koriste pražnjenje šuplje katode za generiranje elektrona. Oni nemaju filament, sa anodom i magnetnim poljem, koristeći tantalne cijevi ili druge vatrostalne metale za šuplju katodu da emituju struju pražnjenja visoke{1}}gustine. U poređenju sa Holovim jonskim izvorima, Holovi jonski izvori sa šupljom katodom nude mnoge prednosti, kao što je prikazano u tabeli 9-1.
U modernoj tehnologiji ionskog oblaganja, ovaj izvor jona pruža veću stabilnost i, u nekim aplikacijama, može se upariti sa a222nm sijalicakako bi se postigao niži nivo kontaminacije.
Tabela 9-1 Poređenje karakteristika između izvora Holovih jona sa šupljom katodom i izvora Holovih jona
| Karakteristično | Hollow Cathode Hall Ion Source | Hall Ion Source |
|---|---|---|
| Filament | Nema | Da |
| Temperatura prostora / stepen | 70 | 200 |
| Kontaminacija proizvoda | Nema | Da |
| Vrijeme rada /h | 100 | 10 |
| Struja jonskog snopa /A | 1–3 | 5–7 |
| Radni gasovi | Kiseonik, inertni gasovi | Inertni gasovi |
(4) Izvor RF jona
TheRF jonski izvorje izvor jona bez filamenta sa vanjskim indukcijskim namotajem za jonizaciju plina, ekstrahirajući jone preko anode za dugo{0}}tok jona. Nudi energiju velikog snopa, dugo vreme rada preko 1000 sati, kompatibilnost sa bilo kojim radnim gasom, uticaj temperature prostora ispod 70 stepeni i bez kontaminacije proizvoda. U optičkim poljima, njegov dug životni vek odgovara integraciji sa a172nm UV lampaza kontinuirane proizvodne procese.
(5) Izvor jona anodnog sloja
Theizvor jona anodnog slojaje izvor hladnih jona bez filamenta. Uvedeni radni gas se jonizuje tako da se formira plazma region, sa anodom na dnu i katodama u sredini i periferiji. Elektroni iz pražnjenja između katode i anode driftuju u zatvorenom prstenu pod elektromagnetnim poljima u području plazme; električno polje ubrzava ione od anode. Katodni-anodni razmak omogućava glatko pražnjenje sjaja u širokom rasponu vakuuma.
Izvori jona anodnog sloja mogu biti pravougaoni, sa dužinom koja odgovara držaču obratka. Oni igraju ključnu ulogu u pre-čišćenju radnog komada i površinskoj aktivaciji polimernih fleksibilnih podloga, ponekad koristeći222nm sijalicapomoćno za poboljšanje efikasnosti aktivacije.
Efekti taloženja potpomognutog ionskim snopom
Glavno ograničenje ionske implantacije je njena plitka dubina penetracije, oko stotina nanometara, nedovoljno za modifikaciju površine, posebno metala. Da bi se ovo riješilo, kombiniranjem ionske implantacije sa taloženjem filma formira se tehnologija modifikacije površine taloženja uz pomoć ionskog snopa.
Taloženje uz pomoć ionskog snopa je nova tehnika modifikacije površine koja kombinuje ionsku implantaciju sa taloženjem tankog filma u parnoj fazi. Sa malom energijom jonskog snopa, joni ne prodiru duboko; tokom oblaganja, niskoenergetsko zračenje ionskim snopom daje energiju atomima filma, poboljšavajući nukleaciju i rast; bombardiranje daje odlične elementarne filmove; određeno energetsko bombardiranje miješanjem može sintetizirati složene filmove sa idealnom stehiometrijom. Ovo omogućava kontinuirani rast debljih filmova pri nižim energijama bombardiranja.
(1) Efekti proizvedeni tehnologijom depozicije potpomognute jonskim snopom
Fizički efekti: ionsko bombardiranje ili raspršivanje pre-premazivanja desorbiraju adsorbirane nečistoće i molekule ulja sa površine, uvelike poboljšavajući stanje interfejsa i adheziju filma-podloge. Tokom nanošenja premaza, kinetička energija jona je podesiva od desetina do stotina eV. Energetski joni koji se sudaraju sa supstratom ili atomima filma prenose energiju, uzrokujući kaskadne sudare i trzajno mešanje, šireći sloj za mešanje interfejsa. U nekim preciznim aplikacijama, u kombinaciji sa a172nm UV lampaza pred{0}}čišćenje dodatno pojačava fizičke efekte.
Hemijski efekti: Uobičajeni nitridni filmovi (npr. TiN, CrN, AlN) i oksidni filmovi (npr. Al₂O₃, SiO₂) pripremljeni taloženjem uz pomoć ionskog snopa obično koriste reaktivne jone za bombardiranje. Na površini filma, ovi ioni reagiraju sa deponiranim atomima ili atomima supstrata kako bi formirali spojeve. Ova površinska hemijska reakcija je u osnovi taloženja uz pomoć reaktivnog ionskog snopa. Visokoenergetsko bombardovanje razbija slabe veze, reformišući jače za stehiometrijska jedinjenja.
(2) Efekti taloženja potpomognutog jonskim snopom
Zračenje ionskim snopom sinhronizuje se sa taloženjem filma, primenjujući pomoćnu modifikaciju. Ključni efekti uključuju poboljšanu adheziju filma-supstrata, morfologiju strukture, naprezanje filma, gustinu i sastav/performanse prijelaznog sloja. Kao što je prikazano na slici 9-8, filmovi nakon IBAD-a su gušći, što značajno poboljšava performanse. U savremenim procesima, povremena integracija sa a222nm sijalicapomoćno ultraljubičasto zračenje dodatno optimizira gustinu.
Sistemi za taloženje potpomognuti jonskim snopom
U teoriji, bilo koja osnovna oprema za vakuumsko oblaganje može dodati pomoćni izvor jona za bombardiranje kako bi se formirao sistem taloženja potpomognut ionskim snopom.
Ova tehnologija karakteriše istovremeni dolazak filmskih čestica i jona bombardovanja na površinu radnog komada.
(1) Metoda isparavanja elektronskih zraka
Taloženje potpomognuto ionskim snopom zasnovano na isparavanju-elektronskim snopom: materijal isparava putem elektronskog pištolja, dok jonski snop zrači radni komad, zbijajući strukturu filma za gustu organizaciju. U nekim proširenim aplikacijama, pomoćni172nm UV lampaomogućava sinhroni tretman površine.
