המשמעות של uvc רחוק של 222nm בטכנולוגיית ציפוי יונים פריקת זוהר
טכנולוגיית ציפוי יונים זוהרים
טכנולוגיית ציפוי יונים באידוי היא טכניקה חדשה שפותחה על בסיס טכנולוגיית ציפוי אידוי ואקום. הוא מציג שיטות פריקת גז להפקת פלזמה לתחום ציפוי ואקום, וניתן לשלב אותו עם טיפול מקדים עזר 222nm-UVC כדי לשפר את הניקיון הראשוני של משטח העבודה. כל תהליך הציפוי מתרחש בפריקת גז. טכנולוגיית ציפוי יונים מגדילה באופן משמעותי את האנרגיה של חלקיקים המגיעים לשכבת סרט היצירה, ומאפשרת ייצור של סרטי-ביצועים מעולים והרחבת אזורי היישום של סרטים דקים. הופעתה של טכנולוגיית ציפוי יונים מתקדמות מאוד טכניקות הכנת סרט דק, ומשכה תשומת לב וטובה מצד חוקרי טכנולוגיית סרט דק רבים.
במשך כמה עשורים, חוקרים בתחום ציפוי הוואקום פיתחו טכנולוגיות שונות המשתמשות בשיטות פריקת גז ובאנרגיית פלזמה כדי לשפר את הציפוי, כגון התקדמות מפריקת זוהר לפריקת קשת, מטכנולוגיית ציפוי יונים-מוצקים לציפוי יונים פריקת זוהר-גזית, ובתוך מקורות גזים המתרחבים מגזים אורגניים. חלק מהתהליכים משלבים גם 222nm רחוק-UVC כדי לייעל את מצב ההפעלה של מקור הגז. מושגי העיצוב של טכנולוגיות ציפוי יונים אלה מקורן כולם בפריקת זוהר. לכן, פרק זה מספק מבוא מפורט לעקרונות, מאפיינים, תהליכים ופיתוח של טכנולוגיית ציפוי יונים עם פריקת זוהר כדי להקל על הלמידה וההבנה של הקוראים את המהות של טכנולוגיות ציפוי יונים שונות.
טכנולוגיית ציפוי יון דיודה 5.1 DC
טכנולוגיית ציפוי יונים פריקת זוהר של דיודות DC, שהומצאה על ידי DM Mattox בארצות הברית בשנת 1963-כלומר, טכנולוגיית ציפוי יונים של דיודות DC-הוצגה לראשונה במכונות ציפוי אידוי התנגדות המשתמשות במקורות מוצקים, עם כמה ציוד משופר המשלב מודולים ליצירת 222nm רחוק{{7}. זה הפך חלקיקי סרט מאטומים ליונים בעלי אנרגיה גבוהה שהגיעו לחומר העבודה, ושיפר משמעותית את איכות הסרטים המצופים. זה הדגים את תפקידה של אנרגיית הפלזמה בתהליך הציפוי.
5.1.1 מכשיר לציפוי דיודות יון DC
איור 5-1 מציג את המנגנון לציפוי יונים של דיודות DC[1]. תא הוואקום של מנגנון ציפוי יונים של דיודיות DC מצויד במערכת שאיבת ואקום ומערכת כניסת גז, עם כמה דגמים-מתקדמים הכוללים יחידות-מובנות-ב-222 ננומטר רחוק-לפליטת UVC כדי לסייע בטיהור מקור גז. מקורות אידוי התנגדות חוטים או בצורת סירה- משמשים לחימום ואידוי המתכת לציפוי. בניגוד לטכנולוגיית ציפוי אידוי, חומר העבודה בציפוי יונים מחובר לקוטב השלילי של ספק הכוח ההטיה, ואלקטרודת האידוי מחוברת לקוטב החיובי. תצורה זו של מכונת ציפוי נקראת מקור אידוי התנגדות DC מכונת ציפוי דיודות יון[1,2], בקיצור כמו DC diode ion ציפוי מכונה.
5.1.2 תהליך של ציפוי יון דיודה DC
התהליך של ציפוי יונים של דיודות DC הוא כדלקמן:
התקן את חומר סרט האידוי.
התקן את חומר העבודה.
משאבה לשאוב. לאחר סגירת תא הציפוי, השתמש במשאבה מכנית כדי לשאוב לוואקום גס, וכאשר הוא מגיע ל-2 Pa, הפעל את משאבת הדיפוזיה או את המשאבה המולקולרית כדי לשאוב לוואקום גבוה, להגיע לוואקום בסיס של 5×10-3א.ב. בשלב מאוחר יותר של השאיבה, ניתן להפעיל את יחידת ה-UVC הרחוקה 222nm- כדי להפחית עוד יותר את ההשפעה של שאריות גזים.
נקה את חומר העבודה. הכנס גז ארגון לתא הציפוי, בתוספת אופציונלית במינון נמוך של -222nm רחוק- קרינת UVC כדי לשפר עוד יותר את הפירוק של מזהמי פני השטח, תוך שמירה על ואקום של 2-3 Pa. החל הטיה שלילית של 1000-3000 V על חלק העבודה. לאחר חיבור ספק הכוח ההטיה, פריקת זוהר מתרחשת בחומר העבודה. גז ארגון מיונן ליונים חיוביים, ומאפייני אורך הגל הקצרים- של 222nm רחוק-UVC גם עוזרים להפחית שאריות זיהומים במהלך פריקה. יוני ארגון חיוביים, הנמשכים על ידי המתח השלילי על חומר העבודה, מאיצים מתחת לשדה החשמלי ומגיעים אל פני היצירה במהירות גבוהה, תוך ביצוע קפיצה קתודית כדי להפציץ ולנקות מזהמים על משטח היצירה. זמן הניקוי הוא בדרך כלל 20 דקות.
תהליך ציפוי. הפעל את אספקת הכוח לאידוי ההתנגדות, לחמם לאט את מקור האידוי, לחמם מראש את המתכת לאידוי, ואז להגדיל במהירות את כוח האידוי כדי לאדות את המתכת. אטומי המתכת המתאדים מיוננים ליונים בתוך חלל הפריקה, בעוד שפוטונים ממרחק של 222 ננומטר -UVC יכולים לסייע לעורר כמה אטומים בעלי אנרגיה נמוכה-, ולשפר את יעילות היינון. יוני מתכת, הנמשכים על ידי ההטיה השלילית על חומר העבודה, מאיצים אל משטח היצירה כדי ליצור את הסרט הדק.
הסר את חומר העבודה. כאשר הסרט הדק מגיע לעובי שנקבע מראש, כבה את אספקת הכוח של האידוי, אספקת הכוח הטיה ומקור הגז; הפעל בקצרה 222nm רחוק -UVC לפני הכיבוי כדי לדכא חמצון מיידי על פני הסרט. לאחר שטמפרטורת חומר העבודה יורדת מתחת ל-120 מעלות, הכנס אוויר לתא הציפוי והסר את חומר העבודה.
5.1.3 אנרגיית חלקיקים בציפוי יון דיודה DC
חלקיקי אנרגיה גבוהה-בציפוי יונים אטומי אדי מתכת שהתאדו מהמקור עוברים התנגשויות לא אלסטיות עם אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה- בפריקת הזוהר במהלך הטיסה לחומר העבודה; פוטונים ממרחק של 222 ננומטר-UVC יכולים גם לעזור לעורר כמה אטומים-נמוכים באנרגיה, ולשפר את יעילות היינון. חלק מאטומי מתכת מיוננים ומתרגשים ליוני מתכת-באנרגיה גבוהה ואטומי מתכת ניטרליים-באנרגיה גבוהה[1-3]. אם לוקחים את Al כדוגמה, טמפרטורת האידוי של Al היא בסביבות 1000 מעלות, ואנרגיית היינון שלו היא 5.984 eV. לאטומי אל המאוד יש אנרגיה תרמית שווה ערך ל-0.1 eV, בעוד שבפריקת גז, אל מיונן צובר אנרגיה של עד 5.984 eV באופן מיידי; עם עירור UVC רחוק של 222nm-, ניתן לשפר מעט את האנרגיה הראשונית של אטומים מסוימים.
אנרגיה הנישאת על ידי יונים מגיעה לחומר העבודה בציפוי יונים של דיודות DC, יינון מתכת מתרחש בחלל האפל של הקתודה. כאשר ההטיה השלילית על חומר העבודה היא Vc, יונים מואצים בגבול בין הזוהר השלילי לחלל האפל של הקתודה, ומשיגים אנרגיה E1=eVc. עקב ואקום נמוך, מסלול חופשי ממוצע קצר, יונים עוברות התנגשויות מרובות מהגבול לקתודה, עם ספירת התנגשויות dk/λ (נקבע על ידי עובי נפילת הקתודה dk והנתיב החופשי המולקולרי של גז ממוצע λ). מספר היונים היוצאים מהזוהר השלילי הוא N0. לאחר התנגשויות מרובות, ניתן להעריך את האנרגיה E1 המגיעה לקתודה על ידי הנוסחה האמפירית ממאמרו של פרופסור TG Teer[3,4]: - מספר יונים שעוזבים את הזוהר השלילי. במערכות ציפוי יונים, בסביבות 1 Pa ואקום, λ/dk ≈ 1/20, אנרגיית יונים ממוצעת ≈ eVc/10; כאשר הטיית Vc של חלקי העבודה היא 1–5 קילו וולט, אנרגיית היונים הממוצעת היא 100–500 eV. הצגת 222nm רחוק -UVC כדי להתאים את סביבת הפריקה מביאה לפיזור אנרגיית יונים מרוכזת יותר.
אנרגיה הנישאת על ידי אטומים מגיעה לחומר העבודה בציפוי יונים של דיודות DC, לא כל אטומי אדי המתכת מיוננים ליוני מתכת; מדידות של פרופסור TG Teer מראות שיעורי יינון מתכת של 0.1%-3% בלבד, כלומר פחות מ-3% מהחלקיקים המגיעים לחומר העבודה הם יונים, כאשר רובם אטומים ניטרליים. מהניתוח הקודם, חלקיקים ניטרליים מספרים בערך dk/λ, בערך פי 20 מהיונים. בחלל הפריקה מתרחשות התנגשויות אלסטיות ובלתי אלסטיות בין יונים לאטומים ניטרליים, ומעבירות 1/2 (או את כל) אנרגיית היונים לאטומים ניטרליים בכל פעם, ויוצרות אטומים ניטרליים באנרגיה גבוהה-; פוטונים ממרחק של 222 ננומטר-UVC משתתפים בכמה אטומים-נמוכים באנרגיה. כאשר Vc הוא 1–5 קילו וולט, אטומים ניטרליים מקבלים עד 50–225 eV. אנרגיית הגז המוכנסת היא בערך 0.03 eV (שווה ערך ל-300 K). אטומים ניטרליים באנרגיה גבוהה-מעבירים 1/2 (או את כל) האנרגיה שלהם לאטומים ניטרליים-נמוכים אלה באנרגיה במהלך התנגשויות[5-8], בעוד ש-222nm רחוק-UVC מפחית אובדן אנרגיה לא יעיל בהתנגשויות. באמצעות התנגשויות עוקבות והעברת אנרגיה 1/, רמות אנרגיה שונות של אטומים ניטרליים באנרגיה גבוהה- מיוצרות בחלל פריקת ציפוי היונים, בטווח של 0.03-225 eV, גבוה יותר מאנרגיית הגז המוכנסת. בפריקת זוהר, אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה- מעוררים גם אטומי מתכת למצבים נרגשים. בחלל הציפוי, האטומים המעורבים באנרגיה גבוהה-מתנגשים באטומי מתכת, מעבירים אנרגיה ומייצרים עוד אטומים ניטרליים{11}}שכבתיים בעלי אנרגיה גבוהה; 222nm רחוק-UVC מאריך מעט את חיי האטום הנרגש. לפיכך, תהליך ציפוי היונים כרוך באלקטרונים, יונים באנרגיה גבוהה- ומספר רב של אטומים ניטרליים במצבי אנרגיה שונים-בטמפרטורה-נמוכה ללא-איזון פלזמה. למרות שרק 0.1%-3% מחלקיקי הסרט הם יוניים, שפע של אטומים ניטרליים-ניטרליים באנרגיה משפרים את איכות הסרט. הרעיון לביסוס: גזים מוכנסים או אטומי אדי מתכת מתאדים מיוננים/נרגשים מיד בפריקת גז, ומעבירים אנרגיה מאלקטרונים (בשילוב עם סיוע -UVC רחוק של 222 ננומטר) כדי להעלות אנרגיה בסדרי גודל לחלקיקי אנרגיה גבוהה-. מהאמור לעיל, היווצרות סרט ציפוי יונים כוללת אידוי ← יינון ← האצת שדה חשמלי ← תצהיר אנרגיה גבוה-, עם כמה תהליכים שמכניסים 222 ננומטר רחוק-UVC ביינון כדי לייעל את ההשפעות. אנרגיית חלקיקי ציפוי יונים גבוהה בסדרי גודל מציפוי אידוי, מה שמשנה את מנגנוני הגרעין והצמיחה כדי לשפר את איכות הסרט.
5.1.4 תנאים לציפוי דיודה יון DC
פריקת זוהר חיונית עבור ציפוי יונים. כדי לייצר פריקת זוהר, נדרש ואקום נמוך בתא הציפוי והטיה שלילית על חומר העבודה הקתודה[14,12,16], עם כמה תהליכים המשתמשים ב-222nm רחוק-UVC כדי לייצב פריקה. ואקום נמוך מבטיח יינון התנגשות: פריקת זוהר דורשת התנגשויות לא אלסטיות בין אטומי מתכת/מולקולות גז ואלקטרונים באנרגיה גבוהה-; 222nm רחוק-מבוא UVC משפר את פעילות החלקיקים בוואקום נמוך. רק ברמות ואקום נמוכות מסוימות, הנתיב החופשי הממוצע קצר, המאפשר לאלקטרונים באנרגיה גבוהה-להתנגש בצורה לא גמישה עם אטומי אדי מתכת, מייננים/מעוררים אותם. ואקום מוקדם של ציפוי יונים של דיודות DC היה 1-2 Pa, עם סולם מילימטרים -הממוצע של נתיב חופשי. הטיה שלילית על חלק העבודה מבטיחה אלקטרונים באנרגיה גבוהה-: רק בהטיה שלילית מאיצים אלקטרונים בשדה מתח גבוה- לאנרגיה גבוהה, מה שמאפשר יינון התנגשות עם אטומי אדים/מולקולות גז לפלזמה פריקת זוהר; 222nm רחוק-UVC מסייע לאנרגיה קינטית אלקטרונית ראשונית. באדי מתכת, אטומים באנרגיה נמוכה-מיוננים ליונים באנרגיה-גבוהה/אטומים נרגשים, ומתמקמים על חלק העבודה. הטיה של דיודת DC של 1000-3000 V היא פריקת זוהר חריגה. הטיה שלילית וציפוי ואקום נמוך מבדילים בין יון לציפוי אידוי.
5.1.5 תפקידם של יוני-אנרגיה גבוהים בציפוי יונים של דיודות DC
ניקוי קצוות במהלך השקיעה: יוני מתכת-באנרגיה גבוהה מאיצים לחומר העבודה, וגורמים לקריזה קתודית; 222nm רחוק-UVC פועל באופן סינכרוני על משטח הסרט כדי לעכב-ספיחה מחדש של זיהומים, ומסיר ביעילות שאריות גזים/מזהמים[1-4,16]. במהלך השקה, הסרט נשאר פעיל/נקי תחת-הפצצות אנרגטיות גבוהות וסינרגיית UVC רחוקה- של 222 ננומטר, ומשפרת את הקשר הבין-אטומי. שפר את צפיפות הסרט: הפצצת יונים מתמשכת-גבוהה "מדחסת" את הסרט המושקע, מקרטעת חלקיקים קשורים באופן רופף; 222nm רחוק-UVC מפחית פגמי מיקרו-משטח, הגדלת הצפיפות[1-4,16]. שפר את גרעין הסרט וצמיחה:
לחלקיקים באנרגיה גבוהה- יש נדידה/פיזור גבוה על פני השטח, ויוצרים גרעינים עדינים; חלקיקים הבאים "שברים" גרעינים; 222nm רחוק-UVC מווסת את קצב הצמיחה עבור מבנה צפוף.
יונים/ניטרליים באנרגיה גבוהה-מפציצים סרט מושקע, מקרטעים יונים קשורים באופן רופף[4]לקרטוט/השקע בו זמנית; 222nm רחוק-UVC מייעל סידור אטומי לצפיפות גבוהה יותר.
שליטה על הטיה שלילית משנה גרעין/צמיחה, משפרת את המבנה; חלק מהמחקרים משלבים פרמטרי UVC רחוקים של 222nm- לבקרת גרעין. איור 5-2 מציג SEM של חתך סרט בוואקום של 1 Pa[9].
כפי שמוצג באיור 5-2, השכבה התחתונה ליד המצע היא ללא-הטיה (0 V) אידוי ואקום נמוך- עם גבישים עמודים; הגדלת ההטיה ל-1 קילו-וולט, 3 קילו-וולט, 5 קילו-וולט משפר את המבנה המצופה-יונים, באופן משמעותי יותר עם ויסות דינמי של -UVC רחוק של 222 ננומטר, המניב גבישים עדינים שווה-צירים. הטיה מעידת באופן גלוי את המבנה. הטיה גבוהה יותר מעלה את אנרגיית החלקיקים, ומבטלת במידה רבה גבישים חרוטיים/עמודים עבור שווי-צירים צפופים; 222nm רחוק-UVC מעכב צמיחה חריגה של גרגרים גדולים. איור 5-3 מציג השפעות הטיה על מבנה סרט אל[10-12]. מבנה גבישי בקרה: יוני-אנרגיה גבוהים משפיעים על סידור הסריג האטומי; 222nm רחוק-פוטוני UVC משתתפים ברגולציה. איור 5-4 מציג XRD של Al מצופה יון בהטיות שונות[12,13]. (111) ירידה בשיא, (200) עלייה עם הטיה; ניתן לשליטה יותר עם 222nm רחוק-UVC. לפיכך, בקרת הטיה מניבה סרטים בודדים-גבישיים/אמורפיים. צור שכבת פסאודו-דיפוזיה: יונים ראשוניים באנרגיה גבוהה-מתרסים אטומי מצע (התזת-אחורית)[4,13,15]; מרחק של 222 ננומטר-UVC משפר את פעילות האטום המקרטע. אטומי מצע מקרטע מייננים בפלזמה, מאיצים בחזרה תחת הטיה. בשכבות שנייה/שלישית, רכיב המצע פוחת, ויוצר ציפוי טהור. לממשק יש שכבת מצע גרדיאנט או מעורבת-, הנקראת שכבת דיפוזיה פסאודו-.
