Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ Lê Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội 2 2 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Sơ đồ hệ thống thiết bị phún xạ Bia Nước làm lạnh Mâm đỡ bằng Cu Nguyên tử phún xạ Nguyên tử Ar nhanh Đế bán dẫn Nguyên tử phún xạ ngược Súng ion Plasma Ar 3 3 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Sơ đ Sơ đ ồ ồ b b ố ố tr tr í í c c á á c b c b ộ ộ ph ph ậ ậ n thi n thi ế ế t b t b ị ị ph ph ú ú n x n x ạ ạ Khí vào Bơm chân không Nguồn điện Bia Phiến bán dẫn Đế 4 4 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Cơ ch Cơ ch ế ế th th ự ự c hi c hi ệ ệ n qu n qu á á tr tr ì ì nh ph nh ph ú ú n x n x ạ ạ 5 5 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Cơ ch Cơ ch ế ế th th ự ự c hi c hi ệ ệ n qu n qu á á tr tr ì ì nh ph nh ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) 1. Nguyên t 1. Nguyên t ử ử kh kh í í Ar b Ar b ị ị phân ly do ion h phân ly do ion h ó ó a a Ar Ar → → Ar Ar + + + e + e - - 2. 2. Đi Đi ệ ệ n t n t ử ử đư đư ợ ợ c tăng t c tăng t ố ố c nh c nh ờ ờ đi đi ệ ệ n trư n trư ờ ờ ng. ng. Trong qu Trong qu á á tr tr ì ì nh chuy nh chuy ế ế n đ n đ ộ ộ ng t ng t ớ ớ i i anode, anode, trên đư trên đư ờ ờ ng đi ng đi , ch , ch ú ú ng ti ng ti ế ế p t p t ụ ụ c gây ra c c gây ra c á á c c phân ly nguyên t phân ly nguyên t ử ử Ar m Ar m ớ ớ i i . . 3. C 3. C á á c ion đư c ion đư ợ ợ c tăng t c tăng t ố ố c c c c ũ ũ ng b ng b ở ở i đi i đi ệ ệ n n trư trư ờ ờ ng v ng v à à chuy chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng t ng t ớ ớ i c i c ự ự c âm, va c âm, va ch ch ạ ạ m v m v ớ ớ i v i v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia, l u bia, l à à m b m b ắ ắ n ra c n ra c á á c h c h ạ ạ t t v v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia v u bia v à à c c á á c đi c đi ệ ệ n t n t ử ử th th ứ ứ c c ấ ấ p. C p. C á á c c h h ạ ạ t v t v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia b u bia b ị ị ph ph ú ú n x n x ạ ạ ra khi đư ra khi đư ợ ợ c c đưa t đưa t ớ ớ i b i b ề ề m m ặ ặ t c t c á á c phi c phi ế ế n đ n đ ế ế s s ẽ ẽ l l ắ ắ ng ng đ đ ọ ọ ng v ng v à à t t ạ ạ o ra m o ra m à à ng m ng m ỏ ỏ ng trên đ ng trên đ ó ó , còn , còn c c á á c đi c đi ệ ệ n t n t ử ử th th ứ ứ c c ấ ấ p khi đi t p khi đi t ớ ớ i anode g i anode g ó ó p p ph ph ầ ầ n tăng cư n tăng cư ờ ờ ng qu ng qu á á tr tr ì ì nh ion h nh ion h ó ó a c a c á á c c nguyên t nguyên t ử ử Ar. Cột plasma Ar. 6 6 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) M M ộ ộ t v t v à à i đ i đ ặ ặ c đi c đi ể ể m c m c ủ ủ a c a c á á c h c h ạ ạ t nh t nh ỏ ỏ v v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia ph u bia ph ú ú n x n x ạ ạ Trư Trư ớ ớ c h c h ế ế t, c t, c á á c h c h ạ ạ t nh t nh ỏ ỏ v v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia b u bia b ị ị ph ph ú ú n x n x ạ ạ ra ngo ra ngo à à i bia i bia trung hòa v trung hòa v ề ề đi đi ệ ệ n n t t í í ch ch , nên chuy , nên chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a ch a ch ú ú ng không ph ng không ph ụ ụ thu thu ộ ộ c chi c chi ề ề u đi u đi ệ ệ n trư n trư ờ ờ ng m ng m à à đư đư ợ ợ c quy c quy ế ế t đ t đ ị ị nh b nh b ở ở i c i c á á c va ch c va ch ạ ạ m v m v ớ ớ i c i c á á c ion Ar c ion Ar + + . . Năng lư Năng lư ợ ợ ng liên k ng liên k ế ế t c t c ủ ủ a c a c á á c nguyên t c nguyên t ử ử h h ạ ạ t v t v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia ph u bia ph ụ ụ thu thu ộ ộ c v c v à à o nhi o nhi ề ề u u y y ế ế u t u t ố ố như c như c á á c thông s c thông s ố ố c c ủ ủ a c a c á á c ion Ar tham gia va ch c ion Ar tham gia va ch ạ ạ m, m, đ đ ị ị nh hư nh hư ớ ớ ng tinh ng tinh th th ể ể , v.v , v.v … … V V í í d d ụ ụ , gi , gi á á tr tr ị ị đ đ ố ố i v i v ớ ớ i v i v ậ ậ t li t li ệ ệ u Ge khi d u Ge khi d ù ù ng c ng c á á c ion Ar c ion Ar + + c c ó ó đ đ ộ ộ ng năng ng năng 1.2 KeV l 1.2 KeV l à à v v à à o kho o kho ả ả ng ~ 15 eV. ng ~ 15 eV. Do c Do c ó ó đ đ ộ ộ ng năng l ng năng l ớ ớ n nên c n nên c á á c h c h ạ ạ t nh t nh ỏ ỏ v v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia c u bia c ó ó th th ể ể gây ra c gây ra c á á c hi c hi ệ ệ u u ứ ứ ng ng ph ph ụ ụ như nhi như nhi ễ ễ m b m b ẩ ẩ n th n th ứ ứ c c ấ ấ p, v.v p, v.v … … 7 7 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) C C á á c ph c ph ả ả n n ứ ứ ng do va ch ng do va ch ạ ạ m v m v ớ ớ i đi i đi ệ ệ n t n t ử ử Ion h Ion h ó ó a phân ly phân t a phân ly phân t ử ử : : AB + e AB + e - - → → A A + + + B +2e + B +2e - - Phân ly Phân ly AB + e AB + e - - → → A + B + e A + B + e - - Phân ly k Phân ly k è è m theo g m theo g ắ ắ n k n k ế ế t t đi đi ệ ệ n t n t ử ử AB + e AB + e - - → → A + B A + B - - 8 8 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Cơ ch Cơ ch ế ế v v à à hi hi ệ ệ u su u su ấ ấ t ph t ph ú ú n x n x ạ ạ c c ủ ủ a c a c á á c v c v ậ ậ t li t li ệ ệ u đơn ch u đơn ch ấ ấ t t Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Hiệu suất phún xạ S = Số ion bứt ra/số ion bắn phá 9 9 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) C C á á c h c h ợ ợ p ch p ch ấ ấ t v t v ậ ậ t li t li ệ ệ u bia c u bia c ó ó th th ể ể đư đư ợ ợ c d c d ù ù ng đ ng đ ể ể t t ạ ạ o m o m à à ng ng trên phi trên phi ế ế n đ n đ ế ế Ở Ở đi đi ề ề u ki u ki ệ ệ n tương quan t n tương quan t ố ố c đ c đ ộ ộ A = 0.8 B A = 0.8 B V V ậ ậ t li t li ệ ệ u đ u đ ế ế A A 5 5 B B 5 5 A A 5 5 B B 4 4 A A 5 5 B B 4 4 . V V ậ ậ t li t li ệ ệ u m u m à à ng m ng m ỏ ỏ ng ng A A 4 4 B B 5 5 A A 4 4 B B 4 4 A A 4 4 B B 4 4 . 10 10 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i H H ệ ệ th th ố ố ng ph ng ph ó ó ng đi ng đi ệ ệ n c n c ó ó hai hai b b ả ả n c n c ự ự c song song cho ph c song song cho ph ú ú n n x x ạ ạ m m ộ ộ t chi t chi ề ề u Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) u Các thông số công nghệ thường dùng: • Chân không: 10 -7 torr •Áp suất hơi Ar: 20 – 100 mtorr • Điện áp: 2 – 5 kV . x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Sơ đồ hệ thống thiết bị phún xạ Bia Nước làm lạnh Mâm đỡ bằng Cu Nguyên tử phún xạ Nguyên tử Ar nhanh Đế bán dẫn Nguyên tử phún xạ ngược Súng ion Plasma Ar 3 3 2/2/2006 2/2/2006 Đ Đ ạ ạ i. c á á c ion Ar c ion Ar + + c c ó ó đ đ ộ ộ ng năng ng năng 1. 2 KeV l 1. 2 KeV l à à v v à à o kho o kho ả ả ng ~ 15 eV. ng ~ 15 eV. Do c Do c ó ó đ đ ộ ộ ng năng l ng năng l ớ ớ n nên c n. qu á á tr tr ì ì nh ph nh ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) Ph Ph ú ú n x n x ạ ạ (ti (ti ế ế p) p) 1. Nguyên t 1. Nguyên t ử ử kh kh í í Ar b Ar b ị ị phân ly do ion h phân ly do ion h ó ó a a Ar Ar → → Ar Ar + + +