][ Pe Q n R
2.2.2. Phún xạ phóng điện phát sáng một chiều (DC – glow – discharge sputtering)
glow – discharge sputtering)
Nguyên lý của quá trình phún xạ phóng điện phát sáng một chiều đ−ợc minh họa trên hình 2.10. Trong buồng chân không, đế mẫu đ−ợc đặt đối diện với một bia có dạng đĩa. Sau khi bơm chân không đạt đến áp suất p < 10-6 mbar, khí trơ (ví dụ nh−
Ar) đ−ợc đ−a vào tới áp suất cỡ 10-2 mbar và hiệu điện thế một chiều đ−ợc đặt vào đế mẫu (+) và bia (–). Các ion khí (luôn tồn tại với một l−ợng rất ít trong chất khí) đ−ợc gia tốc bởi điện tr−ờng giữa hai điện cực, bắn phá bề mặt bia và làm bứt ra các nguyên tử của bia. Các nguyên tử đ−ợc phún xạ chuyển động về
phía đế mẫu và lắng đọng thành màng nh− đã mô tả ở trên. Quá trình này đ−ợc tăng c−ờng bởi sự ion hoá liên tục các nguyên tử khí trơ do sự va chạm của chúng với các điện tử đ−ợc gia tốc. Đó là các điện tử thứ cấp đ−ợc sinh ra do sự ion hoá khi các ion đập vào catốt. Quá trình này gọi là quá trình phóng điện phát sáng do đặc điểm phát sáng trong quá trình ion hoá và kết hợp. Sự phóng điện phát sáng đ−ợc duy trì khi thế một chiều có giá trị cao hơn điện thế ng−ỡng (break-down voltage). Vì các điện cực phải dẫn điện để duy trì dòng điện một chiều nên sự phún xạ một chiều chỉ đ−ợc sử dụng để phún xạ các vật liệu dẫn điện nh− kim loại và hợp kim.
Nguồn phát một chiều Bia Màn chắn Buồng chân không Plasma Hút chân không Đế - + Giá đỡ đế Giá đỡ bia Ar
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý của hệ phún xạ catốt một chiều
Vùng phát sáng chứa các ion khí tích điện điện d−ơng, các điện tử và các ion trung hoà ch−a bị ion hoá là vùng plasma, còn vùng không phát sáng ở gần catốt (giá đỡ đế mẫu) đ−ợc gọi là vùng tối. Để sự phún xạ của catốt đồng nhất, khoảng cách
catốt – anốt chỉ nên lớn hơn độ dày vùng tối từ 2 đến 4 lần. Khoảng cách này tỉ lệ với áp suất khí. Nếu tăng áp suất khí để giảm kích th−ớc vùng tối, tốc độ lắng đọng và động năng của các nguyên tử phún xạ sẽ giảm do nguyên tử phún xạ bị tán xạ nhiều lần hơn tr−ớc khi đến đ−ợc đế mẫu.
Bia và giá đỡ bia đ−ợc chắn bởi một miếng chắn là một vòng kim loại bao quanh bia và giá đỡ bia sao cho chỉ để hở bề mặt bia (hình 2.10). Miếng chắn này đ−ợc nối đất. Với cấu hình này, chỉ có bề mặt bia bị bắn phá. L−u ý rằng, khoảng cách giữa vùng chắn và bia phải nhỏ hơn độ dày của vùng tối để tránh sự phóng điện giữa vùng chắn và bia.