Luận văn tốt nghiệp Đại học
5
+Phún xạ phản ứng là: Các ion bắn phá vào vật liệu bia có phản ứng với bia tạo
hợp chất.
Vd: Màng Al
2
O
3
, ZnO, TiO
2
với bia kim loại tương ứng, ion bắn phá tạo phản
ứng là ion Oxi.
Hình 1: Cơ chế vật lí của sự phún xạ.
Hình2:
Những hạt phún xạ.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
6
Hình 3: Các Ion trong quá trình phún xạ.
-Phún xạ là một quá trình:
+Những sự va chạm của các ion – bia.
+Truyền động lượng.
+Bắn ra những nguyên tử, đám nguyên tử hoặc những phân tử trên bề mặt bia.
-Kết quả là:
+Vật liệu từ bia sẽ hình thành màng trên đế (nếu bia là đơn chất màng đơn
chất; bia là hợp chất màng hợp chất và mang tính chất của màng mỏng).
+Năng lượng trung bình của hạt thoát ra khỏi bia khoảng 1-10eV (có thể làm
nóng đế).
-Độ xuyên sâu của những ion
+Độ xuyên sâu của những ion phụ thuộc vào:
•Năng lượng của những ion.
•Góc tới của ion.
•Khối lượng của ion so với khối lượng của nguyên tử,phân tử bia.
Độ xuyên sâu trung bình của ion khoảng 10 - 40 nm.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
7
Hình 4: Mô tả quá trình xuyên sâu của ion.
1.2.2.Hiệu suất phún xạ.
Hiệu suất phún xạ = TỔNG CÁC NGUYÊN TỬ PHÚN XẠ/TỔNG CÁC ION
TỚI =
A
I
N
N
(1.1)
-Hiệu suất phún xạ phụ thuộc vào:
+Bản chất của bia.
+Bản chất của những ion
+Năng lương tới của những ion.
+Góc tới.
Hình 5: Biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất phún xạ vào năng lượng ion Ar.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
8
Hình 6: Biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất vào năng lượng tới của ion bắn bia.
Hình 7: Sự phụ thuộc của hiệu suất vào góc tới của ion tới.
Tỉ lệ hiệu suất (
0
Y
Y
α
) cao nhất ở khoảng 72
0
.
1.2.3.Cấu tạo hệ phún xạ.
-Hệ Magnetron bao gồm:
+Bản cathode: Dùng làm nguồn điện tử.
+Bản anode: Nơi thu nhận điện tử.
+Kết hợp với điện từ trường vuông góc nhau.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
9
Hình 8: Mô tả điện trường và từ trường vuông góc trong hệ Magnetron.
Một số loại hệ Magnetron thông thường. Các loại này thường có bên trong lò Viba.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
10
Hình 9: Một số hệ Magnetron thông dụng.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
11
Hình 10: Sơ đồ hệ phún xạ MAGNETRON .
-Vật liệu cần phủ hay vật liệu màng (bia): Dùng để phún xạ được gắn chặt với
một bản giải nhiệt (bàn này được áp điện thế vào). Toàn bộ bia, bản giải nhiệt là
cathode. Cathode được cách điện với đất.
-Từ trường do một vòng nam châm bên ngoài bao quanh và đối cực với một lỗi
nam châm ở giữa. Chúng được nối từ với nhau bằng một tấm sắt (việc nối từ có tác
dụng khép kín đường sức từ phía dưới).
-Bằng cách bố trí thích hợp vị trí giữa các nam châm tạo ra các giá trị khác
nhau của cường độ từ trường trên bề mặt bia.
-Vật liệu được phủ (đế): Được nối đất (áp điện thế dương).
Hình 11: Sơ đồ minh họa của hệ phún xạ magnetron.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
12
Hình 12: Mô tả hệ Magnetron.
*Nguyên lý hoạt động:
+Khi thế âm được áp vào hệ, giữa cathode (bia) và anode (đế -vật liệu cần phủ)
sinh ra một điện trường làm định hướng và truyền năng lượng cho các hạt mang điện có
trong hệ (thông thường một thể tích khí ở điều kiện thường luôn chứa một số điện tử vả
ion, 1cm
3
khí quyển trên mặt biển trung bình có 103 ion âm và dương tạo nên bởi tia vũ
trụ, tia tử ngoại, và phóng xạ của môi trường xung quanh).
+Những điện tử và ion tạo thành thác lũ điện tử, những ion đập vào Kathode và
giải phóng các điện tử thứ cấp, các điện tử này được gia tốc trong điện trường đồng thời
bị tác động của từ trường ngang, từ trường này sẽ giữ điện tử ở gần cathode theo quỹ
đạo xoắn trôn ốc. Nhờ vậy chiều dài quãng đường đi của điện tử đã được tăng lên nhiều
lần trước khi nó đến anode.
+Trong quá trình chuyển động của điện tử, điện tử sẽ va chạm với các nguyên tử
khí và sinh ra những ion (sự ion hóa). Các ion này được gia tốc đến Kathode và làm
phát xạ ra những điện tử thứ cấp. Như vậy, nồng độ điện tử tăng, khi số điện tử được
sản sinh bằng với số điện tử mất đi do quá trình tái hợp, lúc đó phóng điện tự duy trì.
Lúc này khí phát sáng trên bề mặt bia, thế phóng điện giảm và dòng tăng nhanh. Những
điện tử năng lượng cao sinh ra nhiều ion và những ion năng lượng cao đập vào Kathode
làm phún xạ vật liệu bia và bức xạ các điện tử thứ cấp để tiếp tục duy trì phóng điện.
Lúc này khi tăng thế rất nhỏ dòng sẽ tăng đáng kể.
Sự ion hóa diễn ra trong điện từ trường vuông góc nhau tạo thành Plasma.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
13
+Plasma là đám gồm ion dương và những điện tử tạo thành trạng thái gần như
trung hòa về điện.
+Vùng Plasma hình thành trong điện từ trường vuông góc nhau.
+Với những ứng dụng tạo màng trong môi trường Plasma, ion dương được sinh
ra bởi quá trình va chạm giữa các hạt trung hòa và những điện tử mang năng lượng.
+Những điện tử trong môi trường Plasma có độ linh động rất lớn. Điều khiển
các điện tử có độ linh động lớn này chính là đang điều khiển được Plasma.
Hình 13: Bài toán tìm phương trình chuyển động của điện tử trong điện từ trường
vuông góc nhau.
SVTH: Trần Văn Thảo
Luận văn tốt nghiệp Đại học
14
Định luật II Newton:
(1.2)
(1.3)
Từ phương trình trên, ta thấy điện trường và từ trường vuông góc với nhau thì chuyển
động của hạt sẽ là tổng hợp của hai dạng chuyển động: Chuyển động tròn và chuyển
động tịnh tiến dọc theo trục X. Nói cách khác, quỹ đạo của chúng là cycloic với bán
kính larmor:
,
e
e
m V
r V B
e B
→
⊥
⊥
= ⊥
(1.4)
1.2.4.Kĩ thuật phún xạ.
a) Chân không được tạo bởi 2 loại bơm.
-Bơm sơ cấp (bơm rote,bơm quay dầu).
-Bơm turbo (bơm khuyếch tán).
b) Khí được đưa vào (thường là Ar) để thực hiện quá trình ion hóa chất khí.
SVTH: Trần Văn Thảo
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét