BÀI GIẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM - PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ

CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ Lê Trấn NGƯỜI TRÌNH BÀY: Trong phún xạ, năng lượng được chuyển từ ion tới đến nguyên tử target, Tại sao sử dụng phương pháp phún xạ? Phún xạ có độ đồng điều trên diện tích lớn Dễ kiểm soát thành phần hợp chất Bề mặt target được rửa trước khi lắng đọng màng, nhằm tẩy các tạp chất bẩn trên bề mặt Hạn chế: quá trình lắng đọng ở chân không trung bình có thể làm tăng tạp hơn quá trình bốc bay. Phún xạ phá vở liên kết giữa các nguyên tử, bứt những nguyên tử ra khỏi target Điều khiển nguồn ion Khí trơ được chuyển thành plasma để hoạt động như nguồn ion Điều khiển nguồn ion plasma bằng cách cung cấp năng lượng cho chùm ion Target: Có độ nguyên chất cao là cần thiết Kích thước phải lớn hơn kích thước của đế để màng có độ đồng đều cao Nước làm nguội phía sau target Điều kiện cần cho phún xạ Chúng ta cần gì? Chúng ta cần gì?  Chúng ta cần Chúng ta cần  Môi trường của hạt ion hóa (Plasma) Môi trường của hạt ion hóa (Plasma)  tạo ra plasma tạo ra plasma  gia tốc ion và điện tử gia tốc ion và điện tử  plasma là trạng thái thứ 4 của vật chất plasma là trạng thái thứ 4 của vật chất  Chứa các ion di chuyển tự do Chứa các ion di chuyển tự do  Cả hạt mang điện âm và dương Cả hạt mang điện âm và dương  Các nguyên tử ở trạng thái kích thích, năng lượng của chúng ở trạng thái cao, bán bền  Hạt nhân (do các phân tử bò đứt liên kết)  plasma có được khi năng lượng đủ cao plasma có được khi năng lượng đủ cao  Hạt năng lượng cao sử dụng trong phún xạ được sản sinh bởi phóng điện  p thế cao dc ngang qua khí loảng gây ra phóng điện Sản sinh plasma Cái gì là cơ chế chuyển khí cách điện thành môi trường dẫn điện? Phóng điện Bứt những nguyên tử bề mặt nhiều nhất trong khi giảm tối đa những ion cấy vào target Dẫn điện trong môi trường khí  Những vùng dẫn điện khác nhau trong môi trường khí  Hai vùng quan trọng  phóng điện Townsend  Phóng điện phát sáng Phóng điện Townsend  Điện tử phân tán từ cathode được gia tốc hướng đến anode  Điện tử có năng lượng đủ, va chạm với các nguyên tử khí trung hòa (A)  Khoảng cách giữa hai điện cực phải đủ lớn cho phép điện tử duy trì đủ năng lượng  Cathode phải đủ rộng để ngăn cản sự mất mát điện tử  Chuyển đổi khí trung hòa thành ion dương (A + )  Hai điện tử được giải phóng e - + A  2e - + A +  Các hạt mang điện được nhân lên theo cấp số nhân  Quá trình này được gọi là phóng điện Townsend  i 0 là dòng ban đầu  Mối liên hệ này liên quan đến dòng điện tích tăng đột biến do sản sinh điện tử thứ cấp  α đặc trưng cho xác suất ion hóa mỗi đơn vò chiều dài, phụ thuộc áp suất, điện trường và năng lượng ion hóa  γ đặc trưng cho bức xạ điện tử thứ cấp  Thác lũ xảy ra khi mẫu số làzero d 0 d e i i [1 (e 1)] α α = − γ − Mối liên hệTownsend Thác lũ  Thế đánh thũng là thế khi phóng điện townsend chuyển sang phóng điện corona : (Pashen’s law) A,B hằng số d là khoảng cách giữa hai điện cực P là áp suất  p suất thấp:  Vài va chạm giữa điện tử và ion  Hiệu suất điện tử thứ cấp là quá thấp thế V B cao hơn để duy trì phóng điện  p suất cao hơn:  Va chạm đều đặn Điện tử không có năng lượng đủ lớn thế V B cao hơn B APd V ln(Pd) B = + Ñöôøng cong Paschen [...]... lý và phản xạ 5 ÷ 10 eV: có thể làm hư hại bề mặt và di chuyển trên bề mặt 10 ÷ 30 eV: phún xạ > 30 eV: cấy ion Các loại phương pháp phún xạ  Phún xạ DC  Phún xạ RF  Phún xạ phản ứng  Phún xạ magnetron  Phún xạ magnetron biểu diễn theo ba phương pháp và tăng cường hiệu quả Các loại phương pháp phún xạ Sử dụng hạt năng lượng cao (plasma) để di đẩy những nguyên tử ra khỏi bề mặt •Được thực hiện trong... nên điện trường cao trong vùng này Các loại phún xạ Phún xạ diod Phún xạ phản ứng Ion plating và ion plating phản ứng Phún xạ magnetron phún xạ chùm ion Nguyên tử vào trạng thái khí        Ở target: Nguyên tử target bứt ra Ion target bứt ra (1 - 2 %) Điện tử bức xạ  Giúp duy trì plasma Ion Ar+ phản xạ như nguyên tử trung hòa Ar bò trôn trong target Photon bức xạ Quá trình truyền động lượng của... I-V được hiệu chỉnh lại  A – B: Điện trường quét ion và điện tử, các hạt mang điện được tạo ra từ sự ion hóa do bức xạ môi trường  Bức xạ môi trường xuất phát từ tia vũ trụ, vật liệu phóng xạ hay các nguồn khác Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại B – C: Thế được tăng đủ lớn, tất cả những ion và điện tử được quét đi, và dòng điện  được duy trì  Dòng này phụ thuộc tuyến tính vào độ mạnh của nguồn phún. .. Năng lượng cực đại ion truyền cho target Phún xạ dc Va chạm giữa các hạt  Phún xạ có nghóa là hạt năng lượng cao đập lên target, loại hạt này sinh ra trong quá trình phóng điện  Va chạm đàn hồi, không truyền năng lượng  Va chạm không đàn hồi  Năng lượng không đủ cao kích thích điện tử, bức xạ photon  Năng lượng đủ cao, ion hóa điện tử, tạo ra điện tử thứ cấp  Các điện tử lại được gia tốc, va chạm... các hạt mang điện đều đạt đến các điện cực.ï Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  C – E: Thế tăng qua điểm C, dòng tăng theo hàm mũ  Dòng tăng được gọi là phóng điện townsend Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  E: Thác lũ điện tử xảy ra Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  F – G khí vào vùng phóng điện bình thường, trong đo,ù thế hầu như không phụ thuộc dòng Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  G-H:... khỏi bề mặt •Được thực hiện trong môi trường chân không thấp hoặc trung bình (~1 0-3 ÷ 1 0-2 torr) • Thuận lợi Có thể sử dụng target lớn cho sự đồng đều của màng Dể kiểm soát bề dày theo thời gian Dể lắng đọng hợp kim và hợp chất Không có bức xạ tia X DC sputtering  Dạng đơn giản của phún xạ dc là ống phóng điện  Ion phún xạ nguyên tử từ target và chúng đònh vò trên đế DC sputtering Nguồn vật liệu rắn... bò phản xạ từ nguyên tử trung hòa target, Năng lượng này thường cỡ 5-1 00 eV Nguyên tử target bò bứt ra với năng lượng phân bố không đồng đều Nhiều nguyên tử vuông góc với bề mặt đế Phân bố cosine Quá trình được đặc trưng bởi hiệu suất phún xạ (S) •S = số nguyên tử bứt ra khỏi target / số ion dương đập tới target S phụ thuộc: Vật liệu target Năng lượng liên kết Khối lượng nguyên tử Khí phún xạ Khối... ion rất lớn Vùng này sử dụng cho phún xạ Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  H: phóng điện hồ quang Cathode bò đốt nóng đến mức có thể phát xạ nhiệt điện tử Cấu trúc của phóng điện  Cấu hình này trình bày những vùng chính đặc trưng cho phóng điện phát sáng  Những vùng được mô tả như “phát sáng" bức xạ ánh sáng còn những vùng có tên “không gian tối" không co bức xạ ánh sáng Cấu trúc của phóng điện... tác của các hạt mang điện Điện tử được sinh ra ở cathode và di chuyển hướng đến anode, điện tử va chạm với nguyên tử khí giữa hai điện cực Khi va chạm với nguyên tử khí, điện tử gây ra: Kích thích Phân ly Ion hóa Điện tử được tạo ra trong quá trình, gây ra hiện tượng thác lũ Khi đạt trạng thái cân bằng, số điện tử đủ bù trừ số điện tử bò mất và số điện tử tái hợp với ion Quá trình tương tác của các hạt . CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ Lê Trấn NGƯỜI TRÌNH BÀY: Trong phún xạ, năng lượng được chuyển từ ion tới đến nguyên tử target, Tại sao sử dụng phương pháp phún xạ? Phún. lớn. Vùng này sử dụng cho phún xạ. Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại  H: phóng điện hồ quang. Cathode bò đốt nóng đến mức có thể phát xạ nhiệt điện tử. Đặc trưng I-V được hiệu chỉnh lại Cấu. nguồn phún xa, dòng bão hòa khi các hạt mang điện đều đạt đến các điện cực.ï  C – E: Thế tăng qua điểm C, dòng tăng theo hàm mũ.  Dòng tăng được gọi là phóng điện townsend. Đặc trưng I-V được