РЕАКТИВНЫЙ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ СИНТЕЗ ТОНКИХ ПЛЕНОК
реклама
ÓÄÊ 537.534.2 ÐÅÀÊÒÈÂÍÛÉ ÈÎÍÍÎ-ËÓ×ÅÂÎÉ ÑÈÍÒÅÇ ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ ÍÅÏÎÑÐÅÄÑÒÂÅÍÍÎ ÈÇ ÏÓ×ÊΠÈÎÍΠÊ.À. Âàëèåâ, Þ.Ï. Ìàèøåâ, Ñ.Ë. Øåâ÷óê Ôèçèêî-òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò ÐÀÍ, (Ìîñêâà, Ðîññèéñêàÿ Ôåäåðàöèÿ) Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.02.2003 Ïðîâåäåíî êîìïëåêñíîå èññëåäîâàíèå ðàçðàáîòàííîãî ìåòîäà ðåàêòèâíîãî èîííî-ëó÷åâîãî ñèíòåçà (ÐÈËÑ) òîíêèõ ïëåíîê íåïîñðåäñòâåííî èç ïó÷êîâ èîíîâ õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ ñëîæíîãî ñîñòàâà.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èîíîâ (ÈÈ) èñïîëüçîâàëñÿ ìíîãîïó÷êîâûé èñòî÷íèê Ðàäèêàë-Ì250 ñ çàìêíóòûì äðåéôîì ýëåêòðîíîâ è õîëîäíûì êàòîäîì. Óïðàâëåíèå ýíåðãèåé èîíîâ ïó÷êà â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ, ÿâëÿþùååñÿ îäíèì èç äîñòîèíñòâ ìåòîäà, ïîçâîëèëî ñôîðìèðîâàòü òîíêîïëåíî÷íûå ïîêðûòèÿ ñ ðàçëè÷íûìè ñâîéñòâàìè èç ïó÷êîâ èîíîâ îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà. Èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ òîíêèõ ïëåíîê îñóùåñòâëÿëîñü ñîâîêóïíîñòüþ ìåòîäîâ: ýëëèïñîìåòðèÿ, ñïåêòðîôîòîìåòðèÿ, ÈÊ è Îæå-ñïåêòðîìåòðèè, ýëåêòðîíîãðàôèÿ. Ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëó÷åííûõ àëìàçîïîäîáíûõ è êðåìíèéñîäåðæàùèõ òîíêèõ ïëåíîê îò ïàðàìåòðîâ ïó÷êîâ èîíîâ â äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ ñðåäíåé ýíåðãèè îñàæäàåìûõ èîíîâ 150 ÷550 ýÂ. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíû ïðàêòè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ ìåòîäà ÐÈËÑ. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Îñíîâíûìè íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìåòîäàìè ïîëó÷åíèÿ òîíêèõ ïëåíîê â âàêóóìå ÿâëÿþòñÿ:ðàñïûëåíèå èëè èñïàðåíèå ìàòåðèàëà ìèøåíè, òåðìîèîííîå îñàæäåíèå âåùåñòâà, ïëàçìîñòèìóëèðîâàííîå õèìè÷åñêîå îñàæäåíèå èç ãàçîâîé ôàçû. Âîçìîæíîñòè ýòèõ ìåòîäîâ îãðàíè÷åíû â ïðîöåññå ïîëó÷åíèÿ òîíêèõ ïëåíîê ñ çàäàííûìè ýëåêòðîôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè â ñâÿçè ñ îòñóòñòâèåì âîçìîæíîñòè óïðàâëåíèÿ ýíåðãèåé îñàæäàåìûõ ÷àñòèö, îòñóòñòâèåì íàïðàâëåííîãî ïåðåíîñà âåùåñòâà è òî÷íîãî ïðÿìîãî êîíòðîëÿ êîëè÷åñòâà îñàæäàåìîãî âåùåñòâà (òàáë.1). Ïðè èñïàðåíèè è ðàñïûëåíèè ìàòåðèàëà ìèøåíè ïîòîê îñàæäàåìîãî âåùåñòâà ñîñòîèò èç íåéòðàëüíûõ ÷àñòèö, ýíåðãèÿ êîòîðûõ íèçêàÿ è íå ïðåâûøàåò 0,2 è 10 ý ñîîòâåòñòâåííî. Îñàæäàåìîå âåùåñòâî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî çàêîíó êîñèíóñà. Îòñóòñòâèå èîííîé êîìïîíåíòû çàòðóäíÿåò îïåðàòèâíûé êîíòðîëü ðîñòà îñàæäàåìîãî ïîêðûòèÿ.  ìåòîäàõ ñ ÷àñòè÷íîé èîíèçàöèåé ðàáî÷åãî âåùåñòâà èîííàÿ êîìïîíåíòà ñîñòàâëÿåò íåçíà÷èòåëüíóþ äîëþ (äî 20 %), ïîýòîìó â ýòèõ óñëîâèÿõ ïðàêòè÷åñêè ñîõðàíÿþòñÿ íåäîñòàòêè, ñâîéñòâåííûå èñïàðåíèþ è ðàñïûëåíèþ ìàòåðèàëà ìèøåíè (îòñóòñòâèå íàïðàâëåííîãî ïåðåíîñà âåùåñòâà è íåâîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîãî êîíòðîëÿ ðîñòà ïîêðûòèÿ). Ïðèìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî Â× ñìåùåíèÿ ïîäëîæêè ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü ýíåðãèþ òîëüêî èîííîé êîìïîíåíòû, íå îêàçûâàÿ âëèÿíèÿ íà íåéòðàëüíûå ÷àñòèöû. Ïîñòîÿííîå ýëåêòðè÷åñêîå ñìåùåíèå ìîæíî ïîäàâàòü òîëüêî íà ïðîâîäÿùèå ïîäëîæêè è ïðè îñàæäåíèè ìåòàëëè÷åñêèõ ïîêðûòèé. Ðàçðàáîòàííûé ìåòîä ðåàêòèâíîãî èîííî-ëó÷åâîãî ñèíòåçà òîíêèõ ïëåíîê îñíîâàí íà îñàæäåíèè ïîêðûòèÿ íåïîñðåäñòâåííî èç íèçêîýíåðãåòè÷íûõ ïó÷êîâ èîíîâ âûñîêîé èíòåíñèâíîñòè.  äàííîì ñëó÷àå èñïîëüçóåòñÿ àâòîíîìíûé èîííûé èñòî÷íèê, â êîòîðîì îñóùåñòâëÿåòñÿ èîíèçàöèÿ ãàçî-ïàðîîáðàçíîãî ðàáî÷åãî âåùåñòâà.  èîííî-îïòè÷åñêîé ñèñòåìå (ÈÎÑ) èñòî÷íèêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå èîííîãî ïó÷êà, êîòîðûé, óñêîðåííûé äî îïðåäåëåííîé ýíåðãèè, ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ áåç ñòîëêíîâåíèé äî ïîäëîæêîäåðæàòåëÿ, ãäå ïðîèñõîäèò îñàæäåíèå è ðîñò ïëåíêè íåïîñðåäñòâåííî èç âåùåñòâà, ïåðåíîñèìîãî èîííûì ïó÷êîì. Òàêèì îáðàçîì, ïîòîê îñàæäàåìîãî âåùåñòâà, èç êîòîðîãî îñóùåñòâëÿåòñÿ ðîñò ïëåíêè, ïðàêòè÷åñêè íà 100 % ñîñòîèò èç èîíîâ, îáðàçîâàííûõ è óñêîðåííûõ â ÈÎÑ. Ýòîò ìåòîä îáëàäàåò ðÿäîì äîñòîèíñòâ: èìååòñÿ âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ ñâîéñòâàìè îñàæäàåìûõ òîíêèõ ïëåíîê ïîñðåäñòâîì èçìåíåíèÿ â øèðîêîì äèàïàçîíå ýíåðãèé èîíîâ ïó÷êà; ñòðîãàÿ íàïðàâëåííîñòü èîííîãî ïó÷êà ïîçâîëÿåò íàíîñèòü ïîêðûòèÿ íà ñòðóêòóðû ñëîæíîãî ïðîôèëÿ, îñóùåñòâëÿòü çàïîëíåíèå ãëóáîêèõ êàíàâîê; Îáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà îñíîâíûõ ìåòîäîâ íàíåñåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê â âàêóóìå Ìåòîä íàíåñåíèÿ òîíêîé ïëåíêè Ý íåðãèÿ îñàæäàåìûõ ÷àñòèö Íàïðàâëåííîñòü ïîòîêà îñàæäàåìûõ ÷àñòèö Òàáëèöà 1 Äîëÿ èîííîé êîìïîíåíòû â ïîòîêå îñàæäàåìûõ ÷àñòèö Êîíòðîëü êîëè÷åñòâà îñàæäàåìîãî âåùåñòâà ý óïðàâëåíèå Èñïàðåíèå ìàòåðèàëà ìèøåíè: òåðìè÷åñêîå, ýëåêòðîííî- ëó÷åâîå ≈ 0,2 íåò çàêîí êîñèíóñà íåò íåò Ðàñïûëåíèå ìàòåðèàëà ìèøåíè: èîííî- ïëàçìåííîå, ìàãíåòðîííîå, èîííî- ëó÷åâîå 5÷10 íåò çàêîí êîñèíóñà íåò íåò 1÷10 % íåò ≈10÷20 % íåò Òåðìîèîííîå îñàæäåíèå, ion- plating Ïëàçìîñòèìóëèðîâàííîå õèìè÷åñêîå îñàæäåíèå èç ãàçîâîé ôàçû Ðåàêòèâíûé èîííî- ëó÷åâîé ñèíòåç (ÐÈËÑ) Â× èëè ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå íà ïîäëîæêå Íåéòðàëû: çàêîí êîñèíóñà Èîíû ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè 0 ÷ 500 Â× ñìåùåíèå íà ïîäëîæêå Íåéòðàëû: õàîòè÷åñêîå äâèæåíèå Èîíû: ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè 10 ÷1000 Óñêîðÿþùåå íàïðÿæåíèå ÈÈ Íàïðàâëåííîå ïîä ëþáûì çàäàííûì óãëîì ê ïîâåðõíîñòè 0,2÷2000 Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. No 1 ≈ 100 % òî÷íûé êîíòðîëü ïî òîêó ïó÷êà èîíîâ 27 ÐÅÀÊÒÈÂÍÛÉ ÈÎÍÍÎ-ËÓ×ÅÂÎÉ ÑÈÍÒÅÇ ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ ÍÅÏÎÑÐÅÄÑÒÂÅÍÍÎ ÈÇ ÏÓ×ÊΠÈÎÍΠèìååòñÿ âîçìîæíîñòü òî÷íîãî êîíòðîëÿ ñêîðîñòè ðîñòà ïëåíêè ïî ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ.  ðàáîòå îñóùåñòâëåíî îáøèðíîå èññëåäîâàíèå ïðîöåññà îñàæäåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê ìåòîäîì ÐÈËÑ, óñòàíîâëåíà çàâèñèìîñòü îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëó÷åííûõ àëìàçîïîäîáíûõ è óãëåðîäíûõ êðåìíèéñîäåðæàùèõ òîíêèõ ïëåíîê îò ýíåðãèè èîíîâ ïó÷êà, ïîêàçàíû ïðàêòè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ ÐÈËÑ, ñâÿçàííûå ñ íàïðàâëåííîñòüþ èîííîãî ïó÷êà è çàâèñèìîñòüþ ñâîéñòâ îñàæäàåìîãî ïîêðûòèÿ îò ýíåðãèè èîíîâ ïó÷êà. ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ È ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ Èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà óñòàíîâêå èîííî-ëó÷åâîé îáðàáîòêè Êàøòàí [1] (ðèñ. 1), îñíàùåííîé ìíîãîÿ÷åèñòûì èñòî÷íèêîì èîíîâ Ðàäèêàë-Ì250 (4) [2,3], ôîðìèðóþùèì èîííûé ïó÷îê ðàáî÷åãî âåùåñòâà, ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ â òåõíîëîãè÷åñêîé êàìåðå (1) íà ðàññòîÿíèå äî 180 ìì. Îòêà÷êà ñèñòåìû äî îñòàòî÷íîãî âàêóóìà 104 Ïà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òóðáîìîëåêóëÿðíîãî íàñîñà ÒÌÍ 1500 (3). Ðàáî÷åå äàâëåíèå èçìåíÿåòñÿ â äèàïàçîíå 2×102 ÷ 2×101 Ïà.  ñîñòàâ óñòàíîâêè âõîäèò îõëàæäàåìûé âîäîé ïîäëîæêîäåðæàòåëü (2), ñîâåðøàþùèé ñëîæíîå âðàùàòåëüíî-êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå, áëîê ïèòàíèÿ ÈÈ (5), ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèì ïðîöåññîì (6). Èñòî÷íèê èîíîâ ñ õîëîäíûì êàòîäîì è çàìêíóòûì äðåéôîì ýëåêòðîíîâ Ðàäèêàë-Ì250 ôîðìèðóåò øèðîêèå íèçêîýíåðãåòè÷íûå èíòåíñèâíûå ïó÷êè èîíîâ õèìè÷åñêè àêòèâíûõ âåùåñòâ (ðèñ. 2). Ïðèíöèï ñîçäàíèÿ ïó÷êà îñíîâàí íà èîíèçàöèè ðàáî÷èõ âåùåñòâ âûñîêîýíåðãåòè÷íûìè ýëåêòðîíàìè, óñêîðÿåìûìè â ñïåöèàëüíî îðãàíèçîâàííîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå è â ëîêàëèçîâàííûõ ñêðåùåííûõ ýëåêòðè÷åñêîì è ìàãíèòíîì ïîëÿõ, îáåñïå÷èâàþùèõ ìàêñèìàëüíîå èçìåíåíèå ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ â ïðîìåæóòêå àíîä êàòîä. Èçâëå÷åíèå èîíîâ è ôîðìèðîâàíèå ïó÷êà èîíîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ óñêîðÿþùèì ýëåêòðîäîì. ÈÈ ôîðìèðóåò ñëàáîðàñõîäÿùèéñÿ ïó÷îê èîíîâ ðàáî÷åãî ãàçà äèàìåòðîì 5 ≈ 250 ìì, ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ â òåõíîëîãè÷åñêîé êàìåðå äî ïîäëîæêîäåðæàòåëÿ íà ðàññòîÿíèå 70 ÷180 ìì.  êà÷åñòâå ðàáî÷èõ âåùåñòâ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ óãëåâîäîðîäû, îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, õëîð- ôòîðñîäåðæàùèå ãàçû, àðãîí, êèñëîðîä. Óïðàâëåíèå ïàðàìåòðàìè èîííîãî ïó÷êà (ýíåðãèåé è èíòåíñèâíîñòüþ èîíîâ ïó÷êà) îñóùåñòâëÿëîñü ïîñðåäñòâîì âàðèàöèè ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ðàçðÿäà (íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ â óñêîðÿþùåì ïðîìåæóòêå, íàïðÿæåíèå íà ðàçðÿäå, ïîòîê ðàáî÷åãî âåùåñòâà) è êîíñòðóêöèè èîííî-îïòè÷åñêîé ñèñòåìû èñòî÷íèêà. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ãåîìåòðèè èîííîîïòè÷åñêîé ñèñòåìû ââåäåí êîíñòðóêòèâíûé êîìïëåêñíûé ïîêàçàòåëü à, ñîäåðæàùèé â ñåáå äàííûå î ãåîìåòðè÷åñêîé ôîðìå è ðàçìåðàõ ýëåìåíòîâ èîííî-îïòè÷åñêîé ñèñòåìû è çàçîðîâ ìåæäó íèìè. Ïðè ýòîì ðàññìàòðèâàëèñü ÷åòûðå ðàçëè÷íûå âàðèàíòà ÈÎÑ, ïîëó÷èâøèå îáîçíà÷åíèå à0 à3, ãäå à0 ñîîòâåòñòâóåò ðàñïîëîæåíèå øòûðÿ â ïëîñêîñòè àíîäà, à1 ñìåùåíèå øòûðÿ îò ïëîñêîñòè àíîäà íà 1 ìì è ò.ä. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ àíàëèçà ðàñïðåäåëåíèÿ èîíîâ ïî ýíåðãèÿì â ïó÷êå ïðèìåíÿëñÿ ÷åòûðåõñåòî÷íûé çîíä. Ïðè èññëåäîâàíèè ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà, ïðîâîäèìîì çîíäîâûì ìåòîäîì, âûïîëíÿëîñü äèàôðàãìèðîâàíèå ïó÷êà. Äèàôðàãìà ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé óçêóþ ùåëü, ðàñïîëîæåííóþ âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà. Àëìàçîïîäîáíûå (ÀÏÏ) è êðåìíèéñîäåðæàùèå óãëåðîäíûå ïëåíêè îñàæäàëèñü íà ïëàñòèíû ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ÊÝÔ-20 èç ïó÷êîâ èîíîâ óãëåâîäîðîäîâ (öèêëîãåêñàí, àöåòîí, ïðîïàíîë) è êðåìíèé îðãàíè÷åñêèõ ìîíîìåðîâ (ãåêñàìåòèëäèñèëàçàí (ÃÌÄÑ), âèíèëòðèìåòîêñèñèëàí (ÂÒÌÎÑ), ñìåñè ÂÒÎÌÑ è àòîìàðíîãî êèñëîðîäà). Íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä íàíåñåíèåì ïîêðûòèÿ ïðîâîäèëàñü î÷èñòêà ïîäëîæêè ïó÷êàìè èîíîâ àðãîíà. Îïðåäåëåíèå òîëùèíû è ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ïëåíîê îñóùåñòâëÿëîñü ýëëèïñîìåòðè÷åñêèì ìåòîäîì ïðè íàíåñåíèè ïëåíêè íà ïîëèðîâàííóþ êðåìíèåâóþ 4 2 Àíîä ÁÏ -413 Ñ îëåíîèä Êàòîä ÈÈ Ä àò÷è ê è çìåðåí è ÿ âàêóóìà È Ï Ï Ì Ì -32 ÒÊ Í àï óñê ã àçà 6 ÑÓ ÒÏ À Á ëîê ï è òàí è ÿ òóðáîìîëåêóëÿðí îã î í àñîñ à Ðèñ.1 Ñõåìà óñòàíîâêè èîííî-ëó÷åâîé îáðàáîòêè Êàøòàí. 28 Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. 1, No 1 Ê.À. Âàëèåâ, Þ.Ï. Ìàèøåâ, Ñ.Ë. Øåâ÷óê Ðèñ. 2 Ôîòîãðàôèÿ èñòî÷íèêà èîíîâ Ðàäèêàë-Ì250 ïîäëîæêó. Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü íà ñòàíäàðòíîì ïðîìûøëåííîì ýëëèïñîìåòðå ËÝÌ-2Ì íà äëèíå âîëíû 0,6328 ìêì ñ èñïîëüçîâàíèåì íîìîãðàìì è òàáëèö, ïðèâåäåííûõ â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè ýëëèïñîìåòðà. Ïðè îïðåäåëåíèè øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû èçìåðÿëîñü ïîãëîùåíèå ïëåíîê, íàíåñåííûõ íà òîíêîå ïîêðîâíîå ñòåêëî (äëÿ ìèêðîñêîïà). Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü íà ñïåêòðîôîòîìåòðå ÑÔ-26 â äèàïàçîíå ýíåðãèé ôîòîíîâ 4,25 ÷ 2,00 ý (292 ÷ 620 íì). Îïðåäåëÿëîñü ïðîïóñêàíèå òîíêîãî ñòåêëà ñ ïëåíêîé îòíîñèòåëüíî ïðîïóñêàíèÿ ñòåêëà áåç ïëåíêè. Ïîñëå ðàñ÷åòà α âû÷èñëÿëñÿ êîýôôèöèåíò Òàóöà (αhν)1/2, ïî êîòîðîìó ñòðîèëèñü çàâèñèìîñòè (αhν)1/2 = ƒ(hν). Ýêñòðàïîëÿöèÿ ýòèõ êðèâûõ ê (αhν)1/2 → 0 ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü øèðèíó çàïðåùåííîé çîíû ïëåíîê. Ïðè îïðåäåëåíèè ôàçîâîãî ñîñòàâà ïëåíîê ïðîâîäèëîñü èññëåäîâàíèå ïîãëîùåíèÿ îáðàçöîâ â äèàïàçîíå 400 ÷ 4000 ñì1 ïî ñòàíäàðòíîé ìåòîäèêå ñ èñïîëüçîâàíèåì ÈÊ ñïåêòðîìåòðà Perkin Elmer 1720X ñ Ôóðüå ïðåîáðàçîâàíèåì. Ìàêñèìàëüíàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ïðèáîðà ïðè èñïîëüçîâàíèè ñòàíäàðòíîãî KBr èíòåðôåðîìåòðà ñîñòàâëÿåò 0,5 ñì1. Èññëåäîâàíèå ýëåìåíòíîãî ñîñòàâà ïîâåðõíîñòè òîíêèõ ïëåíîê îñóùåñòâëÿëîñü ïî ñòàíäàðòíîé ìåòîäèêå Îæå-ñïåêòðîñêîïèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåêòðîìåòðà ÌÀÑ-2ôèðìû Riber. Îáëó÷åíèå ïîâåðõíîñòè îáðàçöà îñóùåñòâëÿëîñü ýëåêòðîííûì ïó÷êîì ñ ýíåðãèåé ýëåêòðîíîâ 2,5 êýÂ, ïðè ýòîì äèàìåòð ïó÷êà ýëåêòðîíîâ ñîñòàâëÿë 0,2 ìì. Ãëóáèíà âûõîäà Îæåýëåêòðîíîâ äîñòèãàëà 8 ÷ 10 àíãñòðåì. Íà îñíîâå àíàëèçà äèôôåðåíöèàëüíûõ Îæå-ñïåêòðîâ îáðàçöîâ óñòàíîâëåí ýëåìåíòíûé ñîñòàâ ïîâåðõíîñòè ïëåíîê. Îïðåäåëåíèå äîëè sp3 ñâÿçåé àòîìîâ â ïëåíêå îñóùåñòâëÿëîñü ïî ðàñïðåäåëåíèþ ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â ïëåíêå, ðàññ÷èòàííîìó îáðàùåíèåì ñàìîñâåðòêè KVV Îæå-ëèíèè óãëåðîäà. Èññëåäîâàíèå ñòðóêòóðû òîíêèõ ïëåíîê ïðîâîäèëîñü ýëåêòðîíîãðàôè÷åñêèì ìåòîäîì ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîíîãðàôà ÝÐ 100 ïðè óñêîðÿþùåì íàïðÿæåíèè 100 ê (äëèíà âîëíû ýëåêòðîíà 0,037Å) ìåòîäîì îòðàæåíèÿ. Ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ ïó÷êà ýëåêòðîíîâ â îáúåì îáðàçöà ñîñòàâèëà 20 ÷ 25 íì. ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐΠÏÓ×ÊÀ ÈÎÍΠÈññëåäîâàíèå ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà èîííîãî ïó÷êà âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà ïðîâîäèëîñü ñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ íåðàâíîìåðíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà âäîëü äèàìåòðà, îáóñëàâëèâàþùåé íåðàâíîìåðíîñòü îáðàáîòêè â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ ïëåíêè èç èîííûõ ïó÷êîâ íà íåïîäâèæíóþ ïîäëîæêó. Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. No 1 Íåðàâíîìåðíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà ðàáî÷èõ ðåæèìàõ ÈÈ íà äèàìåòðå 150 ìì íå ïðåâûøàåò ±(2,5 ÷ 3) %, íà äèàìåòðå 100 ìì ±(0,7 ÷ 1,25) %, ÷òî îáåñïå÷èâàåò íàíåñåíèå òîíêèõ ïëåíîê ñ áîëüøîé îäíîðîäíîñòüþ íà íåïîäâèæíûå ïëàñòèíû äèàìåòðîì äî 150 ìì. Óñòàíîâëåíî, ÷òî îñíîâíûìè ïàðàìåòðàìè, îïðåäåëÿþùèìè ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà, ÿâëÿþòñÿ ñïîñîá ïîäà÷è è âåëè÷èíà ïîòîêà ãàçà â ÈÈ, íàïðÿæåíèå íà ðàçðÿäå è íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ÿ÷åéêå ÈÈ. Âàðèàöèÿ âûøåíàçâàííûõ ïàðàìåòðîâ ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà ðàçëè÷íîãî òèïà (âîãíóòîå, ïëîñêîå, âûïóêëîå), ïðè ýòîì ñòåïåíü êðèâèçíû ïðîôèëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ýëåêòðîôèçè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè èîííûõ ïó÷êîâ è ñïîñîáîì íàïóñêà ãàçà â ÈÈ (ðèñ. 3). à) á) Ðèñ. 3. Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà èîíîâ ïó÷êà âäîëü äèàìåòðà ïó÷êà: à) çàâèñèìîñòü îò òîêà ïó÷êà; á) çàâèñèìîñòü îò íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ÿ÷åéêå ÈÈ. Íà ðèñ. 4 ïðåäñòàâëåíû ãðàôèêè ðàñïðåäåëåíèÿ èîíîâ ïî ýíåðãèÿì ƒ(Å) äëÿ ïó÷êîâ èîíîâ öèêëîãåêñàíà, ïîëó÷åííûå äèôôåðåíöèðîâàíèåì êðèâûõ çàäåðæêè èîííîãî òîêà, â ãåîìåòðèè ÈÎÑ à2 è íàïðÿæåíèè íà ðàçðÿäå Uð=1,7 ê ïðè ðàçëè÷íûõ ïîòîêàõ ãàçà â èñòî÷íèê. Èç ãðàôèêîâ ñëåäóåò, ÷òî èîííûé ïó÷îê õàðàêòåðèçóåòñÿ ðàçáðîñîì èîíîâ ïî ýíåðãèÿì. Äåéñòâèòåëüíî, â ÈÈ äàííîãî òèïà èîíèçàöèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîì ìîæåò ïðîèñõîäèòü â ëþáîì ìåñòå óñêîðÿþùåãî ïðîìåæóòêà. Ñëåäñòâèåì ýòîãî ÿâëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêèé ðàçáðîñ èîíîâ ïó÷êà, òàê êàê ýíåðãèÿ èîíà â äàííûõ óñëîâèÿõ îïðåäåëÿåòñÿ ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýêâèïîòåíöèàëüþ â ìåñòå ðîæäåíèÿ èîíà è ïîòåíöèàëîì óñêîðÿþùåãî ýëåêòðîäà è ïîäëîæêè, èìåþùèõ ïîòåíöèàë çåìëè. Àíàëîãè÷íûå çàâèñèìîñòè ïîëó÷åíû äëÿ âñåõ èññëåäóåìûõ âàðèàíòîâ ãåîìåò29 ÐÅÀÊÒÈÂÍÛÉ ÈÎÍÍÎ-ËÓ×ÅÂÎÉ ÑÈÍÒÅÇ ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ ÍÅÏÎÑÐÅÄÑÒÂÅÍÍÎ ÈÇ ÏÓ×ÊΠÈÎÍΠÐèñ. 4. Ðàñïðåäåëåíèå èîíîâ ïî ýíåðãèÿì â ïó÷êå èîíîâ öèêëîãåêñàíà äëÿ ãåîìåòðèè ÈÎÑ à2, íàïðÿæåíèè íà ðàçðÿäå Uð=1,7 ê è òîêàõ ðàçðÿäà 0,1 À, 0,2 À, 0,3 À. ðèè ÿ÷åéêè â ðàçëè÷íûõ ðàáî÷èõ ðåæèìàõ äëÿ ðÿäà èñõîäíûõ âåùåñòâ: öèêëîãåêñàí, àðãîí, êèñëîðîä [4]. Ïðîâåäåííûå ýêñïåðèìåíòû ïîçâîëèëè âûÿâèòü ðàçëè÷èÿ â ðàñïðåäåëåíèè èîíîâ ïî ýíåðãèÿì è îñóùåñòâèòü ðàñ÷åò ñðåäíèõ ýíåðãèé èîíîâ ïó÷êà. Óñòàíîâëåíà âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ ñðåäíåé ýíåðãèåé èîíîâ ïó÷êà â äèàïàçîíå îò 150 äî 550 ý ïîñðåäñòâîì ìîäèôèêàöèè ãåîìåòðèè ÈÎÑ (ðèñ.5). Ðèñ.6. Çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ òîêà ïó÷êà è òîêà ðàçðÿäà îò ãåîìåòðèè ÈÎÑ äëÿ ïó÷êà èîíîâ öèêëîãåêñàíà ïðè íàïðÿæåíèÿõ íà ðàçðÿäå 1,05 êÂ, 1,7 êÂ, 2,45 êÂ. Âåëè÷èíà ïîâåðõíîñòíîãî ïîòåíöèàëà íà äèýëåêòðèêå ìîæåò ñîñòàâëÿòü ñîòíè âîëüò, ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðàçðÿäå ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ ïîòåíöèàëà; óâåëè÷åíèå òîêà ïó÷êà ñïîñîáñòâóåò íåéòðàëèçàöèè çàðÿäà íà äèýëåêòðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ïðè íåèçìåííîì íàïðÿæåíèè íà ðàçðÿäå è ñíèæåíèþ ïîòåíöèàëà.  ïðîöåññå òîêîâîé êîìïåíñàöèè ïîñðåäñòâîì ââåäåíèÿ â èîííûé ïó÷îê ìåäëåííûõ òåðìîýëåêòðîíîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ íåéòðàëèçàöèÿ çàðÿäà íà ïîâåðõíîñòè äèýëåêòðèêà (ðèñ.7). à) Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü ñðåäíåé ýíåðãèè èîíîâ ïó÷êà öèêëîãåêñàíà îò ãåîìåòðèè ÈÎÑ ïðè íàïðÿæåíèÿõ íà ðàçðÿäå 1,05 êÂ, 1,7 êÂ, 2,45 êÂ. Ñ âàðèàöèåé çîíû èîíèçàöèè ðàáî÷åãî âåùåñòâà â óñêîðÿþùåì çàçîðå ïðè ïðåîáðàçîâàíèè ãåîìåòðèè ÿ÷åéêè êîððåëèðóþò êàê ýíåðãåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, òàê è èíòåíñèâíîñòè ïó÷êîâ èîíîâ (ðèñ. 6). Ïðè óâåëè÷åíèè ðàññòîÿíèÿ ìåæäó øòûðåâûì êàòîäîì è óñêîðÿþùèì ýëåêòðîäîì (ò.å. èçìåíåíèè ïàðàìåòðà à) íàáëþäàåòñÿ âîçðàñòàíèå îòíîøåíèÿ òîêà ïó÷êà è òîêà ðàçðÿäà Iï/Ið, õàðàêòåðèçóþùåå ýôôåêòèâíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ èîííûõ ïó÷êîâ äëÿ ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ ãåîìåòðèè ÈÎÑ. Ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ Iï/Ið ñîñòàâëÿþò íà àðãîíå äî 60 %, íà öèêëîãåêñàíå äî 70 %, íà êèñëîðîäå äî 80 %. Èçìåíåíèå îòíîøåíèÿ òîêîâ îáóñëîâëåíî èçìåíåíèåì êàê òîêà ïó÷êà, òàê è òîêà ðàçðÿäà. Àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ òîêà ïó÷êà ñîñòàâëÿþò äî 600 ìÀ (j = 2,0 ìÀ/ñì2). Ïðè íåîáõîäèìîñòè îáåñïå÷åíèÿ íåéòðàëèçàöèè çàðÿäà íà ïîâåðõíîñòè ðàñòóùåé äèýëåêòðè÷åñêîé ïëåíêè â ïðîìåæóòêå ìåæäó ÈÈ è ïîäëîæêîé óñòàíàâëèâàåòñÿ íàêàëèâàåìûé êàòîä íåéòðàëèçàöèè, êîòîðûé â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ äèýëåêòðè÷åñêîé ïëåíêè íåïîñðåäñòâåííî èç ïó÷êîâ èîíîâ ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî îñóùåñòâëÿòü êîìïåíñàöèþ òîêà ïó÷êà íà îáðàáàòûâàåìóþ ïîâåðõíîñòü è ïåðåêîìïåíñàöèþ íà 100 %. 30 á) Ðèñ. 7. Çàâèñèìîñòü èîííîãî òîêà íà ïîäëîæêó (à) è ïîòåíöèàëà èçîëèðîâàííîãî ïîäëîæêîäåðæàòåëÿ (á) îò òîêà íàêàëà êàòîäà-íåéòðàëèçàòîðà â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ äèýëåêòðè÷åñêîé ïëåíêè ïðè íàïðÿæåíèè íà ðàçðÿäå Uð=1,7 ê è òîêå ïó÷êà äî íåéòðàëèçàöèè 50 ìÀ, 100 ìÀ, 170 ìÀ. ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÀ ÎÑÀÆÄÅÍÈß È ÑÂÎÉÑÒ ÏÎËÓ×ÅÍÍÛÕ ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ Ïðîâåäåííûå ðàíåå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü íàíåñåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê, â ÷àñòíîñòè àëìàçîïîäîáíûõ, îñàæäåíèåì èç ïó÷êà èîíîâ [5 8].  äàííîé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû íàíåñåíèÿ êàê àëìàçîïîäîáíûõ, òàê è êðåìíèéñîäåðæàùèõ óãëåðîäíûõ ïîêðûòèé, ïîëó÷åííûõ èç ïó÷êîâ èîíîâ õèìè÷åñêè ñëîæíûõ âåùåñòâ [9]. Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. 1, No 1 Ê.À. Âàëèåâ, Þ.Ï. Ìàèøåâ, Ñ.Ë. Øåâ÷óê Íà ðèñ. 8 ïðèâåäåíû ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ ÀÏÏ èç ïó÷êîâ èîíîâ öèêëîãåêñàíà è àöåòîíà. Ïîëó÷åííûå çàâèñèìîñòè èìåþò ëèíåéíûé õàðàêòåð è ìîãóò áûòü îïèñàíû âûðàæåíèåì: Vîñ≈ Êò× jï, ãäå Êò òåõíîëîãè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè; jï ïëîòíîñòü òîêà ïó÷êà èîíîâ. à) á) Ðèñ. 8 Ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ àëìàçîïîäîáíîé ïëåíêè èç ïó÷êîâ èîíîâ öèêëîãåêñàíà (à) è àöåòîíà (á). Òåõíîëîãè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè Ê ò çàâèñèò, ãëàâíûì îáðàçîì, îò ñîñòàâà ìîëåêóëû ðàáî÷åãî âåùåñòâà, à òàêæå íàïðÿæåíèÿ íà ðàçðÿäå â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ.  ðàññìàòðèâàåìîì äèàïàçîíå ýíåðãèé èîíîâ ñêîðîñòü íàíåñåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê îïðåäåëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ òîêà ïó÷êà è ñîñòàâîì èîíà è ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò ýíåðãèè èîíîâ (íå áîëåå 10 %) (òàáë. 2). ÑëåäîâàÒàáëèöà 2 Ñêîðîñòè ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê ìåòîäîì ÐÈËÑ. Ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ Vîñ, àíãñòðåì/ìèí. (ïëîòíîñòü òîêà ïó÷êà 1ìÀ/ñì2) Ïëåíêà: Ðàáî÷åå âåùåñòâî Up = 1,05 ê Up =1,7 ê Up =2,45 ê 1070 980 900 Àöåòîí 475 450 375 Ïðîïàíîë 450 360 340 SiC N : ÃÌÄÑ 2800 2600 2300 SiC O : ÂÒÌÎÑ 2300 2000 1800 SiO 2 : ÂÒÌÎÑ+Î2 900 - - ÀÏÏ: Öèêëîãåêñàí òåëüíî, ïðåäëàãàåìûé ìåòîä íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ ïîçâîëÿåò êîíòðîëèðîâàòü ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ íåïîñðåäÔ²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. No 1 ñòâåííûì èçìåðåíèåì ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà íà ïîäëîæêó. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ ïëåíêè ïîçâîëÿåò ñ÷èòàòü, ÷òî ïîâûøåíèå ýíåðãèè èîíîâ ñâûøå 500 ý ÿâëÿåòñÿ íåæåëàòåëüíûì. Èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ òîíêèõ ïëåíîê, ïðîâåäåííîå ñîâîêóïíîñòüþ ìåòîäîâ, ïîêàçàëî çàâèñèìîñòü ñâîéñòâ ïëåíêè îò ýíåðãèè è èíòåíñèâíîñòè èîíîâ ïó÷êà â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ. Îïòè÷åñêàÿ øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû Åg àëìàçîïîäîáíûõ ïëåíîê çàâèñèò îò ïëîòíîñòè ìîùíîñòè â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ, ïðè÷åì â äèàïàçîíå ðàáî÷èõ ðåæèìîâ ïîëó÷åíû ÀÏÏ, õàðàêòåðèçóþùèåñÿ îïòè÷åñêîé øèðèíîé çàïðåùåííîé çîíû â èíòåðâàëå 0,8÷1,5 ýÂ. Óâåëè÷åíèå ïëîòíîñòè ìîùíîñòè ñîïðîâîæäàåòñÿ ñíèæåíèåì Åg, êîòîðîå îáóñëîâëåíî èçìåíåíèåì ñòðóêòóðû ãðàôèòîâîãî êëàñòåðà. Êðåìíèéñîäåðæàùèå óãëåðîäíûå ïîêðûòèÿ îáëàäàþò áîëåå âûñîêîé ïðîçðà÷íîñòüþ â äèàïàçîíå äëèí âîëí 0,3÷0,62 ìêì, ÷åì ÀÏÏ. Ïðè ýòîì èçìåíåíèå îïòè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé êðåìíèéñîäåðæàùèõ óãëåðîäíûõ ïëåíîê â çàâèñèìîñòè îò ýíåðãèè èîíîâ ñîñòàâèëî: îïòè÷åñêàÿ øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû Åg=1,8÷2,4 ýÂ, ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ n = 1,75÷2,4, êîýôôèöèåíòû ýêñòèíöèè Ê = 0,01÷0,2. Ýëåêòðîíîãðàôè÷åñêèì ìåòîäîì ïîêàçàíà àìîðôíàÿ ñòðóêòóðà ïîëó÷åííûõ òîíêèõ ïëåíîê (ðèñ.9). Ðèñ. 9 Òèïè÷íàÿ ýëåêòðîíîãðàììà àëìàçîïîäîáíîé ïëåíêè, ïîëó÷åííîé îñàæäåíèåì íåïîñðåäñòâåííî èç ïó÷êîâ èîíîâ. Ìåòîäîì Îæå-ñïåêòðîñêîïèè óñòàíîâëåíî, ÷òî ïëåíêè, ïîëó÷åííûå îñàæäåíèåì èç ïó÷êîâ èîíîâ óãëåðîäîâ (öèêëîãåêñàí, àöåòîí, ïðîïàíîë), ÿâëÿþòñÿ àëìàçîïîäîáíûìè, ïðè÷åì äîëÿ òåòðàãîíàëüíûõ ñâÿçåé àòîìîâ óãëåðîäà ñîñòàâëÿåò äî 70 àò. % (ðèñ. 10). Øèðèíà è ïîëîæåíèå (272 ýÂ) Îæå-ïèêà ñîîòâåòñòâóþò àìîðôíîìó óãëåðîäó. Îòæèã àëìàçîïîäîáíûõ îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòóðå 1050°Ñ â àòìîñôåðå àðãîíà ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ òâåðäûõ ñëîåâ ñ äîëåé πñâÿçåé â ïëåíêå äî 100 %. Óâåëè÷åíèå ïëå÷à â ðàñïðåäåëåíèè ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â îòîææåííîì îáðàçöå â äèàïàçîíå 5 ÷ 10 ý óêàçûâàåò íà âîçðàñòàíèå äîëè π ñâÿçåé â ïëåíêå. Ìåòîäîì ÈÊ-ñïåêòðîñêîïèè óñòàíîâëåí ôàçîâûé ñîñòàâ ïîëó÷åííûõ òîíêèõ ïëåíîê.  ñïåêòðàõ àëìàçîïîäîáíûõ ïëåíîê íàáëþäàþòñÿ: ïîëîñû íà 2870 ñì1 è 2960 ñì1 ñîîòâåòñòâóþò âàëåíòíûì ñèììåòðè÷íûì è íåñèììåòðè÷íûì êîëåáàíèÿì Ñ-Í ñâÿçåé â ãðóïïàõ sp3 ÑÍ3; ïîëîñà íà 2925 ñì1 ñîîòâåòñòâóåò íåñèììåòðè÷íûì êîëåáàíèÿì Ñ-Í ñâÿçåé â ãðóïïàõ sp3 ÑÍ2; ïîëîñû íà 3000 ñì1 è 3045 ñì1 ñîîòâåòñòâóþò âàëåíòíûì êîëåáàíèÿì îëèôàòè÷åñêèõ è àðîìàòè÷åñêèõ sp2ÑÍ ãðóïï ñîîòâåòñòâåííî; ïîëîñû íà 1375 ñì1 è 1450 ñì1 ñîîòâåòñòâóþò ñèììåòðè÷íûì è íåñèììåòðè÷íûì äåôîðìàöèîííûì êîëåáàíèÿì ñâÿçåé Ñ-Í â ãðóïïàõ sp3CÍ3; 31 ÐÅÀÊÒÈÂÍÛÉ ÈÎÍÍÎ-ËÓ×ÅÂÎÉ ÑÈÍÒÅÇ ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ ÍÅÏÎÑÐÅÄÑÒÂÅÍÍÎ ÈÇ ÏÓ×ÊΠÈÎÍΠ òàáë. 3 ïðåäñòàâëåíû ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû òîíêèõ ïëåíîê, ïîëó÷åííûõ îñàæäåíèåì èç ïó÷êîâ èîíîâ ïðè ðàçëè÷íîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè Ei: ôàçîâûé ñîñòàâ: äîëÿ àòîìîâ óãëåðîäà ñ sp3 ãèáðèäèçàöèåé ñâÿçåé; îïòè÷åñêàÿ øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû Eg (çîíà Òàóöà); ñêîðîñòü ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè V; ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ n; êîýôôèöèåíò ýêñòèíêöèè Ê. à) á) Ðèñ. 10 Äèôôåðåíöèàëüíûé Îæåñïåêòð (à) è ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé (á) äëÿ àëìàçîïîäîáíîãî îáðàçöà Ö1 äî (ñïëîøíàÿ ëèíèÿ) è ïîñëå (ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ) îòæèãà ïðè òåìïåðàòóðå 1050° Ñ â àðãîíå â òå÷åíèè 60 ìèíóò. ÏÐÀÊÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÌÅÒÎÄÀ ÐÈËÑ Óñòàíîâëåíî, ÷òî îïòè÷åñêèå ïàðàìåòðû êðåìíèéñîäåðæàùèõ óãëåðîäíûõ ïëåíîê óäîâëåòâîðÿþò òðåáîâàíèÿì ê ïðîñâåòëÿþùèì ïîêðûòèÿì, à èìåííî: âûñîêèé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ (n ≥ 2); øèðîêàÿ îïòè÷åñêàÿ çîíà (Eg ≈ 2,5 ýÂ); íèçêèé êîýôôèöèåíò ýêñòèíêöèè; íèçêàÿ ñêîðîñòü ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè. Àíàëèç îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ êðåìíèéñîäåðæàùèõ ïëåíîê ïîêàçàë, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì äëÿ ïðîñâåòëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå òîíêèõ ïëåíîê, ïîëó÷åííûõ îñàæäåíèåì èç ïó÷êîâ èîíîâ ÂÒÌÎÑ. Ïðè ýòîì çàïûëåíèå òûëüíîé ñòîðîíû ñîëíå÷íîãî ýëåìåíòà ïëåíêîé èç ïó÷êà èîíîâ ÂÒÌÎÑ ïðè ñðåäíåé ýíåðãèè èîíîâ 500 ý è ïëîòíîñòè òîêà j = 0,45 ìÀ/ñì2 (ñâîéñòâà ïîêðûòèÿ:îïòè÷åñêàÿ øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû Eg=2,35 ýÂ, ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ n = 2,4, êîýôôèöèåíò ýêñòèíêöèè Ê = 0,01 ÷ 0,2, ñêîðîñòü ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè v = 600 ñì/ñ) ïîâûñèëî ñïåêòðàëüíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ýëåìåíòà â îáëàñòè 0,4 ÷ 1,0 ìêì äî 60 %. Íà ðèñ.11 ïðåäñòàâëåíà ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñîëíå÷íîãî ýëåìåíòà Ô ñ íåïðîñâåòëåííîé ïîâåðõíîñòüþ (1) è ñ íàíåñåííîé ïðîñâåòëÿþùåé ïëåíêîé (2), îñàæäåííîé èç ïó÷êîâ èîíîâ ÂÒÎÌÑ, ïðè åãî îñâåùåíèè ñ îáðàòíîé ñòîðîíû. Ñëåäóåò ó÷èòûâàòü, ÷òî çà ñ÷åò ïðîñâåòëåíèÿ ìàêñèìàëüíîå âîçðàñòàíèå ñèãíàëà íå ìîæåò ïðåâûøàòü 40 %. ïîëîñà íà ≈1600 ñì1 ñîîòâåòñòâóåò äâîéíûì Ñ = Ñ ñâÿçÿì. Òîíêèå ïëåíêè, ïîëó÷åííûå îñàæäåíèåì èç ïó÷êîâ èîíîâ êðåìíèéîðãàíè÷åñêèõ ìîíîìåðîâ, ÿâëÿþòñÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûìè ïîêðûòèÿìè, îñíîâó êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò Si-C ìàòðèöà.  çàâèñèìîñòè îò òèïà ïðèìåíÿåìîãî êðåìíèéîðãàíè÷åñêîãî ìîíîìåðà îáðàçóþòñÿ îêñèêàðáèä êðåìíèÿ èëè êàðáîíèòðèä êðåìíèÿ. ÈÊñïåêòðû îáðàçöîâ SiCN-ïîêðûòèé ñîäåðæàò øèðîêóþ ïîëîñó â îáëàñòè 700÷1000 ñì1, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò êîëåáàíèÿì ñâÿçåé Si-C (740 ñì 1), Si C â Si (CH2)n-Si (800 ÷820 ñì1), SiH (860 ÷870 ñì1) è Si-N (900 ÷1000 ñì1). ÈÊñïåêòðû îáðàçöîâ SiCO-ïîêðûòèé ñîäåðæàò øèðîêóþ ïîëîñó â îáëàñòè 700÷900 ñì1, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò êîëåáàíèÿì ñâÿçåé Si-C, Si - CHn ãðóïï (720 ÷850 ñì1) è Si-H ñì1, ñîîòâåòñòâóþùóþ ñèëîêñàíîâîé Si-O-Si ôàçå, ñâÿçàííîé ñ îðãàíè÷åñêèìè ãðóïïàìè Si-(CH3)n, Si-(CH2)-Si. Ðèñ.11. Ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ýëåìåíòà Ô ñîëíå÷íîé (1) áåç ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ; (2) ñ ïðîñâåòëÿþÑâîéñòâà ïîëó÷åííûõ òîíêèõ ïëåíîê (ÀÏÏ, SCNH, áàòàðåè: ùèì ïîêðûòèåì ÑËÍ2. SiCÎH) îáîáùåíû â òàáë. 3. Òàáëèöà 3 Ñâîéñòâà àëìàçîïîäîáíûõ è êðåìíèéñîäåðæàùèõ òîíêèõ ïëåíîê, ïîëó÷åííûõ îñàæäåíèåì èç ïó÷êîâ èîíîâ ìåòîäîì ÐÈËÑ. Ïëåíêà Ñîñòàâ sp CHn 3 aC:H SiCO(H) SiCN(H) 32 sp2CHn sp2C = C SiC SiOSi Si(CHx)y SiHn SiC SixNy Si(CHx)y SiHn Ei, Âò/ñì2 SP3, % 0,015 0,075 0,014 0,028 0,014 0,028 Eg, ý 1,5 äî 70 75 75 (5% îá ) 0,9 n 2,3 2,5 2,1 1,8 2,35 2,4 2,4 2,1 1,8 1,8 K 0,1 0,9 0,01 0,2 0,01 0,2 V, ñì/ñ 600 1500 Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. 1, No 1 Ê.À. Âàëèåâ, Þ.Ï. Ìàèøåâ, Ñ.Ë. Øåâ÷óê Ïîâûøåíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ýëåìåíòà ñâûøå 40 % ñâÿçàíî ñî ñíèæåíèåì ñêîðîñòè ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè íà ãðàíèöå ðàçäåëà, êîòîðàÿ äëÿ SiCOH ïëåíêè ñîñòàâëÿåò 600 ñì/ñ (ñì. òàáëèöà 3), â îòëè÷èè îò èñïîëüçóåìîãî â íàñòîÿùåå âðåìÿ â òåõíîëîãèè ñîëíå÷íûõ ýëåìåíòîâ ïîêðûòèÿ ZnS, äëÿ êîòîðîãî ñêîðîñòü ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè ñîñòàâëÿåò 1300 ñì/ñ. Ñòðîãàÿ íàïðàâëåííîñòü èîííîãî ïó÷êà ìîæåò ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ íàíåñåíèÿ òîíêîïëåíî÷íîãî ïîêðûòèÿ íåïîñðåäñòâåííî èç ïó÷êîâ èîíîâ íà ïîâåðõíîñòè âûñîêîàñïåêòíûõ óãëóáëåíèé. Íà ðèñ. 12 ïðåäñòàâëåíû òåñòîâûå ñòðóêòóðû ñ íàíåñåííîé òîíêîé ïëåíêîé, îñàæäåííîé èç ïó÷êîâ èîíîâ ÂÒÎÌÑ. Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò îáóñëàâëèâàåò ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ áàðüåðíûõ ñëîåâ äëÿ ìíîãîóðîâíåâîé ìåòàëëèçàöèè ÓÁÈÑ. Ðèñ.12 Ôîòîãðàôèÿ êàíàâêè ñ àñïåêòíûì îòíîøåíèåì À=3 (øèðèíà è ãëóáèíà êàíàâêè 0,7×2 ìêì) ñ íàíåñåííîé òîíêîé ïëåíêîé, îñàæäåííîé èç ïó÷êîâ èîíîâ ÂÒÎÌÑ ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé ïîêàçàíî, ÷òî ìåòîä ðåàêòèâíîãî èîííî-ëó÷åâîãî ñèíòåçà òîíêèõ ïëåíîê (ÐÈËÑ) äåéñòâèòåëüíî ðàñøèðÿåò òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ òîíêèõ ïëåíîê. Òàê ïîêàçàíî, ÷òî êîíòðîëèðóåìîå èçìåíåíèå ýíåðãèè îñàæäàåìûõ íà ïîäëîæêó èîíîâ ïó÷êà ïîçâîëÿåò ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîãî è òîãî æå ðàáî÷åãî âåùåñòâà óïðàâëÿòü îïòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè ìíîãîêîìïîíåíòíûõ òîíêèõ ïëåíîê îïòè÷åñêîé çàïðåùåííîé çîíîé, ïîêàçàòåëÿìè ïðåëîìëåíèÿ è ïîãëîùåíèÿ. Âîçìîæíîñòü çàïîëíåíèÿ êàíàâîê â ñòðóêòóðàõ ñ áîëüøèì àñïåêòíûì îòíîøåíèåì ñâèäåòåëüñòâóåò î íàïðàâëåííîñòè èîííîãî ïó÷êà. Ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ îò ïëîòíîñòè òîêà ïó÷êà ïîçâîëÿåò ñ âûñîÐÅÀÊÒÈÂÍÈÉ ²ÎÍÍÎ-ÏÐÎÌÅÍÅÂÈÉ ÑÈÍÒÅÇ ÒÎÍÊÈÕ Ï˲ÂÎÊ ÁÅÇÏÎÑÅÐÅÄÍÜÎ Ç ÏÓ×ʲ ²ÎͲ Ê.À. Âà볺â, Þ.Ï. Ìà³øåâ, Ñ.Ë. Øåâ÷óê Ïðîâåäåíî êîìïëåêñíå äîñë³äæåííÿ ðîçðîáëåíîãî ìåòîäó ðåàêòèâíîãî ³îííî-ïðîìåíåâîãî ñèíòåçó (вÏÑ) òîíêèõ ïë³âîê áåçïîñåðåäíüî ³ç ïó÷ê³â ³îí³â õ³ì³÷íèõ ðå÷îâèí ñêëàäíî¿ ñòðóêòóðè. ßê äæåðåëî ³îí³â (IJ) âèêîðèñòîâóâàëîñÿ áàãàòîïó÷êîâå äæåðåëî Ðàäèêàë-Ì250 ³ç çàìêíóòèì äðåéôîì åëåêòðîí³â òà õîëîäíèì êàòîäîì. Êåðóâàííÿ åíåð㳺þ ³îí³â ïó÷êà â ïðîöåñ³ îñàäæåííÿ, ùî º îäí³ºþ ³ç ïåðåâàã ìåòîäó, äîçâîëèëî ñôîðìóâàòè òîíêîïë³âêîâ³ ïîêðèòòÿ ç ð³çíèìè âëàñòèâîñòÿìè ³ç ïó÷ê³â ³îí³â ò³º¿ æ ðå÷îâèíè. Äîñë³äæåííÿ âëàñòèâîñòåé òîíêèõ ïë³âîê çä³éñíþâàëîñÿ ñóêóïí³ñòþ ìåòîä³â: åë³ïñîìåòð³ÿ, ñïåêòðîôîòîìåòð³ÿ, ²× ³ Îæå-ñïåêòðîìåòð³ÿ, åëåêòðîíîãðàô³ÿ. Ïîêàçàíî çàëåæí³ñòü îïòè÷íèõ âëàñòèâîñòåé îòðèìàíèõ àëìàçîïîä³áíèõ ³ êðåìí³éì³ñòêèõ òîíêèõ ïë³âîê â³ä ïàðàìåòð³â ïó÷ê³â ³îí³â ó ä³àïàçîí³ çì³íè ñåðåäíüî¿ åíåð㳿 ³îí³â, ùî îñàäæóþòüñÿ, 150 ÷ 550 åÂ. Ïðîäåìîíñòðîâàíî ïðàêòè÷í³ çàñòîñóâàííÿ ìåòîäó вÏÑ. Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2003, òîì 1, ¹ 1, vol. No 1 êîé òî÷íîñòüþ êîíòðîëèðîâàòü ïðîöåññ íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ è îáùåå êîëè÷åñòâî îñàæäàåìîãî âåùåñòâà. Âûñîêàÿ ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïëåíîê èç ïó÷êîâ èîíîâ îòêðûâàåò øèðîêèå ïåðñïåêòèâû âíåäðåíèÿ ìåòîäà ÐÈËÑ è èîííûõ èñòî÷íèêîâ ñ çàìêíóòûì äðåéôîì ýëåêòðîíîâ â êëàñòåðíûå ñèñòåìû ïðîìûøëåííîãî íàçíà÷åíèÿ. Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Ôîíäó ñîäåéñòâèÿ îòå÷åñòâåííîé íàóêè çà áëàãîðîäíóþ è ýôôåêòèâíóþ ïîääåðæêó íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèõ ðàáîò. ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ 1. Ìàèøåâ Þ.Ï. Èñòî÷íèêè èîíîâ è èîííî-ëó÷åâîå îáîðóäîâàíèå äëÿ íàíåñåíèÿ è òðàâëåíèÿ ìàòåðèàëîâ//Âàêóóìíàÿ òåõíèêà è òåõíîëîãèÿ. 1992.Ò.2, ¹ 4. Ñ.53 58. 2. Ìàèøåâ Þ.Ï. Èñòî÷íèêè èîíîâ äëÿ ðåàêòèâíîãî èîííî-ëó÷åâîãî òðàâëåíèÿ è íàíåñåíèÿ ïëåíîê.// Ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü.1990. ¹5.Ñ.15-18. 3. Âàëèåâ Ê.À., Âåëèêîâ Ë.Â., Ìàèøåâ Þ.Ï., Òåðåíòüåâ Þ.Ï. Ôèçè÷åñêèå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ïó÷êîâ èîíîâ õèìè÷åñêè àêòèâíûõ ãàçîâ â èñòî÷íèêàõ èîíîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ òðàâëåíèÿ è íàíåñåíèÿ ïëåíîê// Èîííî-ëó÷åâàÿ îáðàáîòêà ìàòåðèàëîâ â ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêå. Òðóäû ÔÒÈÀÍ Ò.15. Ì.: Íàóêà. Ôèçìàòëèò. 1990. Ñ.1826. 4. Ìàèøåâ Þ.Ï., Øåâ÷óê Ñ.Ë. Èîííî-ëó÷åâàÿ òåõíîëîãèÿ äëÿ îñàæäåíèÿ è òðàâëåíèÿ àëìàçîïîäîáíûõ ïëåíîê//Òðóäû Õ Ìåæäóíàðîäíîãî ñèìïîçèóìà Òîíêèå ïëåíêè â ýëåêòðîíèêå. ßðîñëàâëü (Ðîññèéñêàÿ Ôåäåðàöèÿ). 1999.- Ñ. 8492. 5. Enisherlova K.L., Kontsevoy Y.A., Maishev Y.P., Mitrofanov E.A. Diamond-like carbon and SiC films obtained by the industrial system equipped by the ion source with a cold cathode//Spring Meeting Materials Research Society. San Francisco (USA). 1995. P. 188 190. 6. Enisherlova K.L., Kontsevoy Y.A., Chevyakova E.N., Maishev Y.P., Mitrofanov E.A. Investigation of diamondlike carbon films produced directly from ion beam on industrial source with a cold cathode.// Materials Science and Engineering. 1997. Vol. B46. P. 137 140. 7. Âàëèåâ Ê.À., Âåëèêîâ Ë.Â., Ìàèøåâ Þ.Ï., Ìèòðîôàíîâ Å.À., Òåðåíòüåâ Þ.Ï. Èññëåäîâàíèå àëìàçîïîäîáíûõ ïëåíîê, îñàæäåííûõ íåïîñðåäñòâåíî èç ïó÷êîâ èîíîâ//Èîííî-ëó÷åâàÿ îáðàáîòêà ìàòåðèàëîâ â ìèêðîè íàíîýëåêòðîíèêå. Òðóäû ÔÒÈÀÍ. Ò.15. Ì.: Íàóêà. Ôèçìàòëèò. 1990. Ñ.27-32. 8. Ìàèøåâ Þ.Ï., Øåâ÷óê Ñ.Ë. Îñàæäåíèå àëìàçîïîäîáíûõ ïëåíîê èç ïó÷êîâ èîíîâ óãëåðîäñîäåðæàùèõ âåùåñòâ//Òðóäû VI Ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèè Ïëåíêè è ïîêðûòèÿ. - Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, (Ðîññèéñêàÿ Ôåäåðàöèÿ). 2001. Ñ. 176 180. 9. Ìàèøåâ Þ.Ï., Øåâ÷óê Ñ.Ë., Êàëüíîâ Â.À., Àâåðè÷êèí Ï.À. Ñèíòåç òîíêèõ ïëåíîê èç ïó÷êà èîíîâ êðåìíèéîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé//Òåçèñû Âñåðîññèéñêîé íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé êîíôåðåíöèè Ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêà-2001. Çâåíèãîðîä (Ðîññèéñêàÿ Ôåäåðàöèÿ). 2001. Ñ. 1 43. REACTIVE ION-BEAM SYNTHESIS OF THIN FILMS DIRECTLY FROM ION BEAM K.A. Valiev, Yu.P. Maishev, S.L. Shevchuk Investigation of the designed method of reactive ion-beam syntheses (RIBS) of thin films directly from complex chemical compound ion beams was carried out. As ion beam source was used multibeam ion source with cold cathode and closed driftage electrons RadicalM250. Control of ion beam energy being one of the advantages of the method has allowed to form thin film coatings with different characteristics from ion beam of one and same material. The film property investigation was realized by collection of the methods: IR Fourier spectroscopy, ellipsometry, AES, PES, XPS. The dependency of optical characteristics of obtained diamond-like and silicon containing thin films from ion beam parameters within the range of the change medium ion energy 150÷550 eV is found. Practical application of the method RIBS are demonstrated. 33
