222 nm tālu UV starojuma nozīme kvēlizlādes jonu pārklājuma tehnoloģijā
Kvēlizlādes jonu pārklājuma tehnoloģija
Iztvaikošanas jonu pārklāšanas tehnoloģija ir jauna tehnika, kas izstrādāta, pamatojoties uz vakuuma iztvaikošanas pārklājuma tehnoloģiju. Tas ievieš gāzu izlādes metodes plazmas ģenerēšanai vakuuma pārklājuma laukā, un to var apvienot ar 222 nm tālu -UVC papildu pirmapstrādi, lai uzlabotu sagataves virsmas sākotnējo tīrību. Viss pārklāšanas process notiek gāzizlādes laikā. Jonu pārklāšanas tehnoloģija ievērojami palielina enerģiju daļiņām, kas sasniedz sagataves plēves slāni, ļaujot ražot izcilas -veiktspējas plēves un paplašinot plāno kārtiņu pielietojuma apgabalus. Jonu pārklāšanas tehnoloģijas parādīšanās ir ievērojami uzlabojusi plānās kārtiņas sagatavošanas paņēmienus, piesaistot daudzu plānu kārtiņu tehnoloģiju pētnieku uzmanību un labvēlību.
Vairāku gadu desmitu laikā pētnieki vakuuma pārklājumu jomā ir izstrādājuši dažādas tehnoloģijas, kas izmanto gāzizlādes metodes un plazmas enerģiju, lai uzlabotu pārklājumu, piemēram, pārejot no kvēlizlādes līdz loka izlādei, no cietā{0}}avota jonu pārklājuma tehnoloģijas līdz gāzveida-avota kvēlizlādes jonu pārklājumam un gāzveida avotos, kas izplešas no neorganiskām gāzēm uz organiskām gāzēm. Dažos procesos tiek izmantots arī 222 nm tālu{4}}UVC, lai optimizētu gāzes avota aktivizācijas stāvokli. Šo jonu pārklāšanas tehnoloģiju dizaina koncepcijas pamatā ir kvēlspuldze. Tāpēc šajā nodaļā ir sniegts detalizēts ievads kvēlizlādes jonu pārklāšanas tehnoloģijas principos, raksturlielumos, procesos un attīstībā, lai atvieglotu lasītāju mācīšanos un izpratni par dažādu jonu pārklāšanas tehnoloģiju būtību.
5.1 DC diodes jonu pārklājuma tehnoloģija
Līdzstrāvas diodes kvēlizlādes jonu pārklājuma tehnoloģija, ko DM Mattox izgudroja 1963. gadā Amerikas Savienotajās Valstīs,-proti, līdzstrāvas diodes jonu pārklājuma tehnoloģija-pirmo reizi tika ieviesta rezistīvās iztvaikošanas pārklāšanas iekārtās, izmantojot cietos avotus, ar dažām uzlabotām iekārtām, kas integrēja 222 nm tālu-UVC paaudzes moduļus. Tas pārveidoja plēves daļiņas no atomiem par augstas enerģijas joniem, kas sasniedza sagatavi, ievērojami uzlabojot pārklāto plēvju kvalitāti. Tas parādīja plazmas enerģijas lomu pārklāšanas procesā.
5.1.1. Aparāts līdzstrāvas diožu jonu pārklāšanai
Attēlā 5-1 parādīts aparāts līdzstrāvas diodes jonu pārklājumam[1]. Līdzstrāvas diodes jonu pārklājuma aparāta vakuuma kamera ir aprīkota ar vakuuma sūknēšanas sistēmu un gāzes ieplūdes sistēmu, un daži augstākās klases modeļi ir aprīkoti ar iebūvētām-222nm tālu-UVC emisijas ierīcēm, kas palīdz gāzes avota attīrīšanā. Pārklājamā metāla karsēšanai un iztvaicēšanai tiek izmantoti pavedienu vai laivveida{6}}iztvaikošanas avoti. Atšķirībā no iztvaikošanas pārklājuma tehnoloģijas, apstrādājamā detaļa jonu pārklājumā ir savienota ar nobīdes barošanas avota negatīvo polu, un iztvaikošanas elektrods ir savienots ar pozitīvo polu. Šo pārklāšanas mašīnas konfigurāciju sauc par pretestības iztvaikošanas avota līdzstrāvas diodes jonu pārklāšanas mašīnu[1,2], saīsināti kā līdzstrāvas diodes jonu pārklāšanas mašīna.
5.1.2. Līdzstrāvas diodes jonu pārklāšanas process
Līdzstrāvas diodes jonu pārklāšanas process ir šāds:
Uzstādiet iztvaikošanas plēves materiālu.
Uzstādiet sagatavi.
Sūknēt uz vakuumu. Pēc pārklājuma kameras aizvēršanas izmantojiet mehānisko sūkni, lai sūknētu līdz rupjam vakuumam, un, kad tas sasniedz 2 Pa, aktivizējiet difūzijas sūkni vai molekulāro sūkni, lai sūknētu augstā vakuumā, sasniedzot bāzes vakuumu 5 × 10.-3Pa. Vēlākā sūknēšanas posmā var aktivizēt 222 nm tālu -UVC ierīci, lai vēl vairāk samazinātu atlikušo gāzu ietekmi.
Notīriet sagatavi. Ievadiet argona gāzi pārklājuma kamerā, pēc izvēles papildinot to ar zemas -devas 222 nm tālu-UVC apstarošanu, lai vēl vairāk uzlabotu virsmas piesārņotāju sadalīšanos, saglabājot 2–3 Pa vakuumu. Apstrādājamajam priekšmetam piemērojiet negatīvu nobīdi 1000–3000 V. Pēc nobīdes barošanas avota pievienošanas apstrādājamajā priekšmetā notiek kvēlspuldze. Argona gāze tiek jonizēta pozitīvos jonos, un īsie -viļņa garuma raksturlielumi 222 nm tālu{13}}UVC arī palīdz samazināt piemaisījumu atlikumus izlādes laikā. Argona pozitīvie joni, kurus piesaista negatīvais spriegums uz sagataves, paātrina zem elektriskā lauka un lielā ātrumā sasniedz sagataves virsmu, veicot katoda izsmidzināšanu, lai bombardētu un notīrītu apstrādājamās detaļas virsmu. Tīrīšanas laiks parasti ir 20 minūtes.
Pārklāšanas process. Aktivizējiet pretestības iztvaikošanas barošanas avotu, lēnām uzsildiet iztvaicēšanas avotu, iepriekš uzsildiet iztvaicējamo metālu, pēc tam strauji palieliniet iztvaikošanas jaudu, lai metāls iztvaicētu. Iztvaicētie metālu atomi tiek jonizēti jonos izlādes telpā, savukārt fotoni no 222 nm tālu-UVC var palīdzēt uzbudināt dažus zemas-enerģijas atomus, uzlabojot jonizācijas efektivitāti. Metāla joni, kurus piesaista sagataves negatīvā novirze, paātrinās līdz sagataves virsmai, veidojot plānu plēvi.
Noņemiet sagatavi. Kad plānā kārtiņa sasniedz iepriekš noteikto biezumu, izslēdziet iztvaikošanas barošanas avotu, nobīdes barošanas avotu un gāzes avotu; pirms izslēgšanas īslaicīgi aktivizējiet 222 nm tālu{2}}UVC, lai nomāktu momentāno oksidāciju uz plēves virsmas. Kad sagataves temperatūra nokrītas zem 120 grādiem, ievadiet gaisu pārklājuma kamerā un izņemiet sagatavi.
5.1.3. Daļiņu enerģija līdzstrāvas diodes jonu pārklājumā
Augstas-enerģijas daļiņas jonu pārklāšanā Metāla tvaiku atomi, kas iztvaicēti no avota, tiek pakļauti neelastīgai sadursmei ar augstas-enerģijas elektroniem kvēlsveldzē lidojuma laikā uz apstrādājamo priekšmetu; fotoni no 222 nm tālu-UVC var arī palīdzēt aktivizēt dažus zemas-enerģijas atomus, uzlabojot jonizācijas efektivitāti. Daži metālu atomi tiek jonizēti un ierosināti augstas-enerģijas metāla jonos un augstas-enerģijas neitrālos metālu atomos[1-3]. Ņemot Al kā piemēru, Al iztvaikošanas temperatūra ir aptuveni 1000 grādi, un tā jonizācijas enerģija ir 5,984 eV. Iztvaicēto Al atomu siltumenerģija ir līdzvērtīga 0,1 eV, savukārt gāzizlādes gadījumā jonizētais Al uzreiz iegūst enerģiju līdz 5,984 eV; ar 222 nm tālu-UVC ierosmi dažu atomu sākotnējo enerģiju var nedaudz palielināt.
Enerģija, ko pārnēsā joni, kas sasniedz apstrādājamo priekšmetu Līdzstrāvas diodes jonu pārklājumā metāla jonizācija notiek katoda tumšajā telpā. Ja sagataves negatīvā nobīde ir Vc, joni tiek paātrināti pie robežas starp negatīvo spīdumu un katoda tumšo telpu, iegūstot enerģiju E1=eVc. Sakarā ar zemu vakuumu, īsu vidējo brīvo ceļu, joni tiek pakļauti vairākkārtējai sadursmei no robežas līdz katodam ar sadursmju skaitu dk/λ (nosaka pēc katoda krišanas biezuma dk un gāzes molekulārā vidējā brīvā ceļa λ). Jonu skaits, kas atstāj negatīvo spīdumu, ir N0. Pēc vairākām sadursmēm enerģiju E1, kas sasniedz katodu, var tuvināt ar empīrisko formulu no profesora TG Tīra dokumenta.[3,4]: - jonu skaits, kas atstāj negatīvo spīdumu. Jonu pārklājuma sistēmās pie aptuveni 1 Pa vakuuma, λ/dk ≈ 1/20, vidējā jonu enerģija ≈ eVc/10; ja sagataves slīpums Vc ir 1–5 kV, vidējā jonu enerģija ir 100–500 eV. Ieviešot 222 nm tālu{12}}UVC, lai pielāgotu izlādes vidi, tiek panākts koncentrētāks jonu enerģijas sadalījums.
Enerģija, ko nes atomi, sasniedzot apstrādājamo priekšmetu Līdzstrāvas diodes jonu pārklājumā ne visi metāla tvaiku atomi tiek jonizēti metāla jonos; Profesora TG Tīra mērījumi uzrāda tikai 0,1–3% metālu jonizācijas ātrumu, kas nozīmē, ka mazāk nekā 3% daļiņu, kas sasniedz sagatavi, ir joni, un lielākā daļa ir neitrāli atomi. Iepriekšējā analīzē neitrālo daļiņu skaits ir aptuveni dk/λ, aptuveni 20 reizes lielāks par jonu skaitu. Izlādes telpā notiek elastīgas un neelastīgas sadursmes starp joniem un neitrāliem atomiem, katru reizi nododot 1/2 (vai visu) jonu enerģijas neitrāliem atomiem, veidojot augstas{10}}enerģijas neitrālos atomus; fotoni no 222 nm tālu{12}}UVC piedalās dažos zemas enerģijas{13}}atomos. Kad Vc ir 1–5 kV, neitrālie atomi iegūst līdz 50–225 eV. Ievadītās gāzes enerģija ir aptuveni 0,03 eV (ekvivalents 300 K). Augstas-enerģijas neitrālie atomi sadursmju laikā nodod 1/2 (vai visu) savas enerģijas šiem zemas-enerģijas neitrālajiem atomiem[5-8], savukārt 222 nm tālu{1}}UVC samazina neefektīvus enerģijas zudumus sadursmēs. Secīgas sadursmes un 1/ enerģijas pārneses rezultātā jonu pārklājuma izlādes telpā rodas dažādi augstas-enerģijas neitrālu atomu enerģijas līmeņi, kas ir diapazonā no 0,03 līdz 225 eV, kas ir augstāki par ievadīto gāzes enerģiju. Kvēlizlādes gadījumā augstas-enerģijas elektroni ierosina arī metālu atomus ierosinātā stāvoklī. Pārklājuma telpā šie augstas{10}}enerģijas ierosinātie atomi saduras ar metāla atomiem, pārnesot enerģiju un veidojot vairāk slāņainu augstas{11}}enerģijas neitrālu atomu; 222 nm tālu{13}}UVC nedaudz pagarina ierosinātā atoma kalpošanas laiku. Tādējādi jonu pārklāšanas procesā tiek izmantoti augstas-enerģijas elektroni, joni un daudzi neitrāli atomi dažādos enerģijas stāvokļos-zemas-temperatūras nelīdzsvara plazmā. Lai gan tikai 0,1–3% plēves daļiņu ir jonu, daudz augstas-enerģijas neitrālu atomu uzlabo plēves kvalitāti. Koncepcija, kas jāizveido: ievadītās gāzes vai iztvaicētie metāla tvaiku atomi tiek nekavējoties jonizēti/ierosināti gāzizlādes laikā, pārnesot enerģiju no elektroniem (apvienojumā ar 222 nm tālu{25}}UVC palīdzību), lai palielinātu enerģiju par lielumiem augstas{26}}enerģijas daļiņās. No iepriekš minētā jonu pārklājuma plēves veidošanā ietilpst iztvaikošana → jonizācija → elektriskā lauka paātrinājums → liela-enerģijas nogulsnēšanās, dažos procesos jonizācijā ieviešot 222 nm tālu{30}}UVC, lai optimizētu efektus. Jonu pārklājuma daļiņu enerģija ir par lielumu augstāka nekā iztvaikošanas pārklājums, mainot kodolu veidošanās un augšanas mehānismus, lai uzlabotu plēves kvalitāti.
5.1.4. Līdzstrāvas diodes jonu pārklājuma nosacījumi
Kvēlizlāde ir būtiska jonu pārklāšanai. Lai radītu spīduma izlādi, ir nepieciešams zems vakuums pārklājuma kamerā un negatīvs katoda sagataves nobīde[14,12,16], dažos procesos izlādes stabilizēšanai izmanto 222 nm tālu{1}}UVC. Zems vakuums nodrošina sadursmes jonizāciju: Kvēlizlādei ir nepieciešamas neelastīgas sadursmes starp metāla atomiem/gāzes molekulām un augstas -enerģijas elektroniem; 222 nm tālu{5}}UVC ieviešana uzlabo daļiņu aktivitāti zemā vakuumā. Tikai noteiktos zemos vakuuma līmeņos ir īss vidējais brīvais ceļš, ļaujot augstas-enerģijas elektroniem neelastīgi sadurties ar metāla tvaiku atomiem, tos jonizējot/uzbudinot. Agrīnais līdzstrāvas diodes jonu pārklājuma vakuums bija 1–2 Pa ar milimetru{11}skalas vidējo brīvo ceļu. Negatīvs sagataves nobīde nodrošina augstas-enerģijas elektronus: tikai ar negatīvu nobīdi elektroni augstsprieguma laukā paātrina līdz lielai enerģijai, nodrošinot sadursmes jonizāciju ar tvaiku atomiem/gāzes molekulām, lai iegūtu plazmas kvēlspuldzi; 222 nm tālu{16}}UVC palīdz sākotnējai elektronu kinētiskajai enerģijai. Metāla tvaikos zemas{18}}enerģijas atomi jonizējas par augstas-enerģijas jonos/ierosinātos atomos, nogulsnējot uz sagataves. Līdzstrāvas diodes sagataves nobīde 1000–3000 V ir neparasta kvēlizlāde. Negatīvā novirze un zema vakuuma pārklājums atšķir jonu no iztvaikošanas pārklājuma.
5.1.5. Augstas enerģijas jonu loma līdzstrāvas diožu jonu pārklājumā
Malu tīrīšana nogulsnēšanas laikā: augstas{0}enerģijas metāla joni paātrina apstrādājamo priekšmetu, izraisot katoda izsmidzināšanu; 222nm tālu-UVC sinhroni iedarbojas uz plēves virsmu, kavējot piemaisījumu atkārtotu-adsorbciju, efektīvi noņemot atlikušās gāzes/piesārņotājus[1-4,16]. Nogulsnēšanas laikā plēve paliek aktīva/tīra zem lielas-enerģijas bombardēšanas un 222nm tālu-UVC sinerģijas, uzlabojot starpatomisko saiti. Uzlabojiet plēves blīvumu: nepārtraukta augstas-enerģijas jonu bombardēšana "sablīvē" nogulsnēto plēvi, izsmidzinot brīvi saistītās daļiņas; 222nm tālu-UVC samazina virsmas mikro-defektus, palielinot blīvumu[1-4,16]. Uzlabojiet plēves kodolu veidošanos un augšanu:
Augstas{0}}enerģijas daļiņām ir augsta migrācija/difūzija uz virsmas, veidojot smalkus kodolus; sekojošās daļiņas "lūzt" kodoli; 222 nm tālu-UVC regulē augšanas ātrumu blīvai struktūrai.
Augstas-enerģijas joni/neitrālie elementi bombardē nogulsnēto plēvi, izsmidzinot brīvi saistītus jonus[4]vienlaicīgai izsmidzināšanai/nogulsnēšanai; 222 nm tālu{1}}UVC optimizē atomu izkārtojumu lielākam blīvumam.
Negatīvās novirzes kontrole maina kodolu veidošanos/augšanu, uzlabo struktūru; dažos pētījumos nukleācijas kontrolei ir apvienoti 222 nm tālu{1}}UVC parametri. Attēlā 5-2 parādīts plēves šķērsgriezuma SEM pie 1 Pa vakuuma[9].
Kā parādīts 5-2. attēlā, apakšējais slānis pie substrāta nav-novirze (0 V) zema-vakuuma iztvaikošana ar kolonnu kristāliem; palielinot nobīdi līdz 1 kV, 3 kV, 5 kV, uzlabo jonu -pārklājuma struktūru, vēl jo vairāk ar 222 nm tālu-UVC dinamisko regulēšanu, iegūstot smalkus līdzasienu kristālus. Neobjektivitāte redzami uzlabo struktūru. Lielāka novirze paaugstina daļiņu enerģiju, lielā mērā novēršot koniskus/kolonnveida kristālus, nodrošinot blīvu līdzsvarojumu; 222 nm tālu{14}}UVC kavē nenormālu lielu graudu augšanu. Attēlā 5-3 parādīta novirzes ietekme uz Al plēves struktūru[10-12]. Kontroles kristāla struktūra: augstas-enerģijas joni ietekmē atomu režģa izkārtojumu; 222 nm tālu-UVC fotoni piedalās regulēšanā. 5[12,13]. (111) maksimums samazinās, (200) palielinās ar novirzi; vairāk vadāms ar 222nm tālu{4}}UVC. Tādējādi slīpuma kontrole rada atsevišķas-kristāla/amorfas plēves. Veidot pseido-difūzijas slāni: sākotnējā augstas-enerģijas jonu izsmidzināšanas substrāta atomi (atpakaļ{10}}izputināšana)[4,13,15]; 222 nm tālu-UVC uzlabo izsmidzinātā atoma aktivitāti. Izsmidzinātie substrāta atomi jonizējas plazmā, paātrina atpakaļ pie novirzes. Otrajā/trešajā kārtā substrāta komponents samazinās, veidojot tīru pārklājumu. Interfeisam ir gradienta vai jaukta plēves{5}substrāta slānis, ko sauc par pseido-difūzijas slāni.
