Vakuuma iztvaikošanas metodes galvenā iezīme plēvju uzklāšanai ir augsts uzklāšanas ātrums. Izsmidzināšanas metodes galvenā iezīme ir plašais pieejamo plēves materiālu klāsts un laba plēves slāņa vienmērība, bet uzklāšanas ātrums ir zems. Jonu pārklāšana ir metode, kas apvieno šos divus procesus.
Jonu pārklājuma princips un plēves veidošanās apstākļi
Jonu pārklāšanas darbības princips ir parādīts attēlā. Vakuuma kamera tiek iesūknēta līdz spiedienam zem 10⁻⁸ Pa un pēc tam piepildīta ar inertu gāzi (piemēram, argonu) līdz spiedienam 0,1–1 Pa. Pēc tam, kad substrātam tiek pielikts negatīvs līdzstrāvas spriegums līdz 5 kV, starp substrātu un tīģeli tiek izveidota zema spiediena gāzes kvēlojošās izlādes plazmas zona. Inertās gāzes jonus paātrina elektriskais lauks un tie bombardē substrāta virsmu, tādējādi notīrot sagataves virsmu. Pēc šī tīrīšanas procesa pabeigšanas pārklāšanas process sākas ar pārklājamā materiāla iztvaikošanu tīģelī. Iztvaikotās tvaika daļiņas nonāk plazmas zonā un saduras ar disociētajiem inerto pozitīvo joniem un elektroniem, un daļa no tvaika daļiņām tiek disociētas un bombardē sagatavi un pārklājuma virsmu elektriskā lauka paātrinājuma ietekmē. Jonu pārklāšanas procesā notiek ne tikai pozitīvo jonu nogulsnēšanās, bet arī izsmidzināšana uz substrāta, tāpēc plānā plēve var veidoties tikai tad, ja nogulsnēšanās efekts ir lielāks par izsmidzināšanas efektu.
Jonu pārklāšanas process, kurā substrāts vienmēr tiek bombardēts ar augstas enerģijas joniem, ir ļoti tīrs un tam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar izsmidzināšanu un iztvaikošanu.
(1) Spēcīga saķere, pārklājuma slānis viegli nenolobās.
(a) Jonu pārklāšanas procesā liels skaits augstas enerģijas daļiņu, ko rada kvēlojošā izlāde, tiek izmantotas, lai radītu katodisku izsmidzināšanas efektu uz substrāta virsmas, izsmidzināšanas un tīrīšanas ceļā attīrot uz substrāta virsmas adsorbēto gāzi un eļļu, lai attīrītu substrāta virsmu, līdz viss pārklāšanas process ir pabeigts.
(b) Pārklāšanas sākumposmā notiek gan izsmidzināšana, gan nogulsnēšanās, kas plēves pamatnes saskarnē var veidot komponentu pārejas slāni vai plēves materiāla un pamatmateriāla maisījumu, ko sauc par “pseidodifūzijas slāni”, kas var efektīvi uzlabot plēves saķeres īpašības.
(2) Labas aptverošās īpašības. Viens no iemesliem ir tāds, ka pārklājuma materiāla atomi tiek jonizēti augsta spiediena ietekmē un, sasniedzot substrātu, vairākas reizes saduras ar gāzes molekulām, tāpēc pārklājuma materiāla joni var tikt izkliedēti pa substrātu. Turklāt jonizētie pārklājuma materiāla atomi elektriskā lauka ietekmē nogulsnējas uz substrāta virsmas, tāpēc viss substrāts tiek nogulsnēts ar plānu plēvīti, bet iztvaikošanas pārklājums nevar panākt šo efektu.
(3) Pārklājuma augstā kvalitāte ir saistīta ar kondensātu izsmidzināšanu, ko izraisa pastāvīga nogulsnētās plēves bombardēšana ar pozitīviem joniem, kas uzlabo pārklājuma slāņa blīvumu.
(4) Plašu pārklājuma materiālu un substrātu izvēli var pārklāt uz metāliskiem vai nemetāliskiem materiāliem.
(5) Salīdzinot ar ķīmisko tvaiku uzklāšanu (CVD), tai ir zemāka substrāta temperatūra, parasti zem 500 °C, bet tās adhēzijas stiprība ir pilnībā salīdzināma ar ķīmiskās tvaiku uzklāšanas plēvēm.
(6) Augsts nogulsnēšanās ātrums, ātra plēves veidošanās un plēvju pārklājuma biezums var būt no desmitiem nanometru līdz mikroniem.
Jonu pārklājuma trūkumi ir šādi: plēves biezumu nevar precīzi kontrolēt; defektu koncentrācija ir augsta, ja nepieciešams smalks pārklājums; un pārklāšanas laikā virsmā iekļūs gāzes, kas mainīs virsmas īpašības. Dažos gadījumos veidojas arī dobumi un kodoli (mazāki par 1 nm).
Runājot par nogulsnēšanās ātrumu, jonu pārklāšana ir salīdzināma ar iztvaikošanas metodi. Runājot par plēves kvalitāti, ar jonu pārklāšanu iegūtās plēves ir tuvas vai labākas par tām, kas iegūtas ar izsmidzināšanu.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 8. novembris