Bài giảng Phún xạ

Phún xạ Lê Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Sơ đồ hệ thống thiết bị phún xạ Plasma Ar Súng ion Nguyên tử phún xạ ngược Đế bán dẫn Nước làm lạnh Mâm đỡ Cu Nguyên tử phún xạ Nguyên tử Ar nhanh Bia 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Sơ đồ bố trí phận thiết bị phún xạ Khí vào Nguồn điện Bia Phiến bán dẫn Đế Bơm chân không 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cơ chế thực trình phún xạ 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cơ chế thực trình phún xạ (tiếp) Nguyên tử khí Ar bị phân ly ion hóa Ar → Ar+ + e2 Điện tử tăng tốc nhờ điện trường Trong trình chuyến động tới anode, đường đi, chúng tiếp tục gây phân ly nguyên tử Ar Các ion tăng tốc điện trường chuyển động tới cực âm, va chạm với vật liệu bia, làm bắn hạt vật liệu bia điện tử thứ cấp Các hạt vật liệu bia bị phún xạ đưa tới bề mặt phiến đế lắng đọng tạo màng mỏng đó, cịn điện tử thứ cấp tới anode góp phần tăng cường q trình ion hóa nguyên tử Ar 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Cột plasma Phún xạ (tiếp) Một vài đặc điểm hạt nhỏ vật liệu bia phún xạ Trước hết, hạt nhỏ vật liệu bia bị phún xạ ngồi bia trung hịa điện tích, nên chuyển động chúng khơng phụ thuộc chiều điện trường mà định va chạm với ion Ar+ Năng lượng liên kết nguyên tử hạt vật liệu bia phụ thuộc vào nhiều yếu tố thông số ion Ar tham gia va chạm, định hướng tinh thể, v.v… Ví dụ, giá trị vật liệu Ge dùng ion Ar+ có động 1.2 KeV vào khoảng ~ 15 eV Do có động lớn nên hạt nhỏ vật liệu bia gây hiệu ứng phụ nhiễm bẩn thứ cấp, v.v… 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Các phản ứng va chạm với điện tử Ion hóa phân ly phân tử: AB + e- → A++ B +2ePhân ly AB + e- → A + B + e- Phân ly kèm theo gắn kết điện tử AB + e- → A + B- 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cơ chế hiệu suất phún xạ vật liệu đơn chất Hiệu suất phún xạ S = Số ion bứt ra/số ion bắn phá 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Các hợp chất vật liệu bia dùng để tạo màng phiến đế Ở điều kiện tương quan tốc độ A = 0.8 B Vật liệu đế A5B5 A5B4 A5B4 Vật liệu màng mỏng A4B5 A4B4 A4B4 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội Phún xạ (tiếp) Hệ thống phóng điện có hai cực song song cho phún xạ chiều Các thông số công nghệ thường dùng: • Chân khơng: 10-7 torr • Áp suất Ar: 20 – 100 mtorr • Điện áp: – kV 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 10 Phún xạ (tiếp) Phún xạ dùng súng magnetron 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 14 Phún xạ (tiếp) Súng magnetron thương mại 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 15 Phún xạ (tiếp) Magnetron cơng nghiệp dạng trịn (trái) phẳng (phải) 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 16 Phún xạ (tiếp) Chuyển động điện tử súng magnetron 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 17 Phún xạ (tiếp) Đường sức từ trường 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 18 Phún xạ (tiếp) Cơ chế rỉ (ăn mòn) bia 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 19 Phún xạ (tiếp) Cải thiện việc sử dụng bia 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 20 Phún xạ (tiếp) Cải thiện việc sử dụng bia nhờ thay đổi hình dạng nam châm (tiếp) 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 21 Phún xạ (tiếp) Magnetron không cân 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 22 Phún xạ (tiếp) Các loại magnetron Magnetron loại khác cho phép thay đổi tính chất từ trường nguồn với hiệu ứng tạo sau: ‰ Unbalance (Không cân bằng): Bằng cách thay đổi góc đường sức từ trường magnetron khơng cân điều chỉnh số lượng điện tử thoát ra, đó, mức độ bắn phá ion màng mỏng tạo thành ‰ Balance (Cân bằng): Dùng để giảm thiểu lượng lượng bổ sung cho màng mỏng mọc đế tạo điều kiện bắn phá ion thấp ‰ Field Strength (Cường độ từ trường): Thay đổi cường độ từ trường để điều chỉnh cường độ hiệu điện phóng điện Có thể sử dụng để bù trừ với thay đổi điện áp gây tượng ăn mịn bia q trình phún xạ ‰ Magnetic Field Shape (Phân bố từ trường): Thay đổi phân bố từ trường không gian gây biến đổi tương tác plasma với anode nhằm điều chỉnh áp suất làm việc cực tiểu 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 23 Phún xạ (tiếp) Cơ chế lấp đầy rãnh, bước màng mỏng phún xạ Năng lượng nguyên tử tới bề mặt màng ~ – 15 eV Các nguyên tử vật liệu màng bị bứt trình bắn phá ion Ar+ lại tái lắng đọng sau truyền bớt động cho ngun tử khác màng tìm vị trí có lợi mặt lượng Quãng đường tự trung bình ngun tử tới tính theo công thức thực nghiệm: L (cm) = 5x10-3/P (torr) 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 24 Phún xạ (tiếp) Vi cấu trúc màng mỏng phún xạ 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 25 Phún xạ (tiếp) Thiết bị phún xạ công nghiệp 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 26 Phún xạ (tiếp) Các ưu điểm phương pháp phún xạ Tốc độ mọc màng cao Diện tích màng mỏng lớn, với độ đồng cao Có tính bám dính tốt vật liệu màng mỏng đế nên thay đổi ứng suất màng mỏng Có thể tạo màng phún xạ kim loại, điện mơi hay bán dẫn Có thể tạo màng phún xạ với vật liệu hợp chất thích hợp 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 27 Cám ơn theo dõi !!! Mọi góp ý, bổ sung xin gửi đến: Dr Le Tuan Hanoi University of Technology Institute of Engineering Physics Dept of Electronic Materials 2nd Floor, C9 Building Dai Co Viet Str., Hanoi, Vietnam Mobile: 0912 560 536 E-mail: le.tuan@vnn.vn 2/2/2006 Đại họ học Bá Bách khoa Hà Hà Nội 28