][ Pe Q n R
2.2.1. Các kỹ thuật phún xạ
Theo quan điểm vật lý, phún xạ là một quá trình hoàn toàn khác với sự bốc bay. Quá trình phún xạ th−ờng hay đ−ợc so sánh với quá trình xảy ra trong trò chơi bi-a: khi đẩy một quả bi
ống thủy tinh thạch anh
Nồi nấu
chủ về phía các quả bi-a đang xếp gần với nhau, các quả bi-a này sẽ bị tán xạ theo tất cả các h−ớng, kể cả h−ớng trở lại phía ng−ời chơi. Hình 2.9 biểu diễn các quá trình cơ bản của cơ chế phún xạ. Trong tr−ờng hợp này, quả bi chủ chính là các ion khí trơ (nh− Ar, Xe, He,...) đ−ợc gia tốc về phía bia (target) chứa vật liệu cần lắng đọng. Các ion khí va chạm với các nguyên tử của bia dẫn đến hệ quả là các nguyên tử (hoặc các đám vài nguyên tử) của bia bị bứt ra và chuyển động về phía đế mẫu (substrate). Các nguyên tử này đ−ợc gọi là các nguyên tử bị phún xạ. Khi đến đ−ợc đế mẫu, chúng lắng đọng lại trên bề mặt đế và tạo thành màng.
Quá trình phún xạ thực chất là một quá trình chuyển hoá xung l−ợng. Khi các ion bắn phá bề mặt của bia, t−ơng tác giữa các ion khí và nguyên tử của bia xảy ra nh− quá trình va chạm. Sự va chạm có thể xảy ra đến độ sâu 5 ữ 10 nm nh−ng sự trao đổi xung l−ợng chỉ xảy ra trong khoảng cách 1nm từ bề mặt bia.
Hình 2.9. Nguyên lý cơ bản của quá trình phún xạ [2.7]
Thông th−ờng, các nguyên tử bị phún xạ rời khỏi bia với động năng 3 ữ 10 eV. Một phần năng l−ợng này sẽ bị tiêu hao do quá trình tán xạ với các nguyên tử khí trên đ−ờng đến đế mẫu. Khi đến đế mẫu, năng l−ợng chỉ còn lại khoảng 1 ữ 2 eV (cao hơn năng l−ợng của quá trình bốc bay khoảng hai bậc). Năng l−ợng này làm tăng nhiệt độ đế mẫu và giúp cho các nguyên tử lắng đọng sẽ bám chặt hơn vào đế mẫu.
Các kỹ thuật phún xạ khác nhau chủ yếu đ−ợc phân biệt bởi ph−ơng pháp gia tốc các ion khí trơ. Có hai ph−ơng pháp phún xạ chủ yếu là:
− Phún xạ phóng điện phát sáng (glow-discharge sputtering): plasma của các khí phún xạ đ−ợc tạo thành giữa bia và đế mẫu; các ion khí tích điện d−ơng t−ơng tác với vật liệu của bia. Ph−ơng pháp này còn đ−ợc gọi là ph−ơng pháp phún xạ catốt (cathode sputtering)
− Phún xạ chùm ion (ion-beam sputtering): chùm ion đ−ợc sinh ra bởi một súng ion riêng biệt và bắn trực tiếp vào bia.