TẠO MÀNG MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ

PHÚN XẠ LÀ GÌ?* Những nguyên tử bị bứt ra khỏi bề mặt của bất kỳ vật liệu nào bị bắn phá bởi những ion  PHÚN XẠ * Các ion khí trơ  PHÚN XẠ KHÔNG PHẢN ỨNG... N ng l ng đ c truy n t nh n

 o 



TẠO MÀNG MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ

PHẦN 1

PHÚN XẠ

PHÚN XẠ LÀ GÌ?

* Những nguyên tử bị bứt ra khỏi bề mặt của bất kỳ vật liệu nào bị bắn phá bởi những ion  PHÚN XẠ

* Các ion khí trơ  PHÚN XẠ KHÔNG PHẢN ỨNG.

Vd: màng Al, Cu, Ag, …

* Các ion có phản ứng với bia

 PHÚN XẠ PHẢN ỨNG

Vd: màng Al 2 O 3 , ZnO, CrN, TiN

CƠ CHẾ VẬT LÝ CỦA PHÚN XẠ

N ng l ng đ c truy n t nh ngăng lượng được truyền từ những ượng được truyền từ những ượng được truyền từ những ền từ những ừ những ững

mối liên kết của nguyên tử trên bia

Vd: - Dùng trường điện từ, bia nhôm Al bị bắn phá

bởi những khí ion Ar +

- Nguyên tử Al rời bia và phóng đến đế

Vì sao phún xạ?? So với bốc bay

-Phún xạ tạo màng có độ đồng đều hơn pp bốc bay

-Dễ dàng tạo màng hơp kim

CƠ CHẾ VẬT LÝ CỦA PHÚN XẠ: NHỮNG HẠT PHÚN XẠ.

CƠ CHẾ VẬT LÝ CỦA PHÚN XẠ

Phún xạ là một quá trình:

1 Những sự va chạm giữa các ion – bia

2 Truyền động lượng

3 Bắn ra những nguyên tử, đám nguyên tử hoặc

những phân tử ở bề mặt bia.

Quá trình cơ bản của phún xạ:

- Từ khí trơ (Ar + ) được chuyển sang dạng plasma (

CƠ CHẾ VẬT LÝ CỦA PHÚN XẠ

Kết quả là:

- Vật liệu từ bia sẽ hình thành màng trên đế

(bia là đơn chất  màng đơn chất; bia hợp chất 

màng hợp chất và mang tính chất của thin film)

- Năng lượng trung bình của những hạt thoát ra khỏi

bia khoảng 1 – 10 eV (có thể làm nóng đế)

Yêu cầu về bia:

-Bia phải có độ tinh khiết cao

-Kích thước bia lớn có thể (để tạo màng có độ đồng đều cao -Hệ thống làm lạnh trên đế

ĐỘ XUYÊN SÂU CỦA NHỮNG

HIỆU SUẤT PHÚN XẠ

Hiệu suất phún xạ =

tổng các nguyên tử

ion tới = NA / Ni

HIỆU SUẤT PHÚN XẠ

Hiệu suất phún xạ phụ thuộc vào:

- Bản chất của bia

- Bản chất của những ion (khí sạch, khí trơ, khí

phản ứng)

- Năng lượng tới của những ion

- Góc tới

BẢN CHẤT CỦA BIA

NĂNG LƯỢNG CỦA ION

GÓC TỚI

Tỉ lệ hiệu suất (Y/YY0) cao nhất ở khoảng 72o

CẤU TẠO HỆ PHÚN XẠ

KỸ THUẬT PHÚN XẠ

1 Chân không được tạo bởi 2 loại bơm:

- Bơm sơ cấp (bơm rote, bơm quay dầu)

- Bơm turbo (bơm khuyếch tán)

2 Khí được đưa vào (thường là Ar) để thực hiên quá trình ion hoá chất khí

CHÂN KHÔNG

-Bơm quay (sơ cấp, bơm rote, bơm quay dầu):

+ Tốc độ: 30 m3/Yh.

+ Áp suất giới hạn: 10-2 torr.

-Bơm turbo (bơm khuyếch tán):

+ Tốc độ: 200 l/Ys + Áp suất giới hạn: 10-10 torr.

+ Chân không tới hạn: 10-7 torr + Áp suất làm việc: 10-2  10-3 torr

Hết phần 1: phún xạ

PHẦN 2

PHÚN XẠ MAGNETRON

PHÚN XẠ MAGNETRON

Nhắc lại: PHÚN XẠ LÀ GÌ?

* Sự tương tác (va chạm) của những nguyên tử hay ion diễn ra trên bề mặt vật liệu dẫn đến quá trình phún xạ từ bề mặt

* Đó là kết quả của quá trình truyền động lượng (xung lượng) của nhũng hạt tới

* Khác với các kỹ thuật tạo màng từ pha hơi khác Kỹ thuật này không nóng chảy vật liệu Hay đây là quá trình bay hơi từ pha rắn  pha hơi mà không qua pha lỏng

Hạt tới

PHÚN XẠ

Mô tả sự phún xạ

Magnetron bao gồm:

-Bản Cathode: dùng làm nguồn điện tử

-Bản Anode: nơi thu nhận điện tử

-Kết hợp của điện từ trường vuông góc nhau

A – K  điện trường E

Từ trường giữa A – K  B

Sự kết hợp trong trường điện từ, B vuông góc E

Điện trường E và từ trường B

Một số loại magnetron thông thường

Các loại này thường có bên trong lò viba

AK

Cấu trúc của một số hệ magnetron thông dụng

Một số dạng thông

dụng là dạng tròn,

chữ nhật và vuông

- Vật liệu cần phủ (bia): dùng để phún xạ được gắn chặt với một bản giải nhiệt (bản này được áp điện thế vào) Toàn bộ bia, bản giải nhiệt  Cathode Cathode được cách điện với đất.

- Từ trường do một vòng nam châm bên ngoài bao quanh và đối cực với một lõi nam châm ở giữa Chúng được nối từ với nhau bằng một tấm sắt (việc nối từ có tác dụng khép kín đường sức từ phía dưới)

-Bằng cách bố trí thích hợp vị trí giữa các nam châm  các giá trị khác nhau của cường độ từ trường trên bề mặt bia.

-Vật liệu được phủ (đế): được nối đất (áp điện thế dương)

Sơ đồ của phún xạ magnetron.

N N

N N

(b) (a)

(Kathod) Đế (Athod)

Hình 2 Hệ magnetron phẳng và các đường sức từ trên bề mặt bia

Hệ phún xạ magnetron.

Sơ đồ minh hoạ của phún xạ magnetron.

Nguyên lý hoạt động

Khi thế âm được áp vào hệ, giữa Kathod (bia) và Anod (đế _ vật liệu được phủ) sinh ra một điện trường làm

định hướng và truyền năng lượng cho các hạt mang điện có trong hệ (thông thường một thể tích khí ở điều kiện thường luôn chứa một số điện tử và ion, 1 cm3 khí

quyển trên mặt biển trung bình có gần 103 ion âm và

dương được tạo nên bởi tia vũ trụ, tia tử ngọai và phóng xạ của môi trường xung quanh)

Những điện tử và ion tạo thành thác lũ điện tử [1],

những ion đập vào kathod và giải phóng các điện tử thứ cấp, các điện tử này được gia tốc trong điện trường

đồng thời bị tác động của từ trường ngang , từ trường này sẽ giữ điện tử ở gần Kathod theo quỹ đạo xoắn trôn ốc Nhờ vậy chiều dài quãng đường đi của điện tử đã được tăng lên nhiều lần trước khi nó đến anod

Trong quá trình chuyển động của điện tử, điện tử sẽ va chạm với các nguyên tử hay phân tử khí và sinh ra

những ion (sự ion hóa) Các ion này được gia tốc đến

Kathod và làm phát xạ ra những điện tử thứ cấp Như vậy, nồng độ điện tử sẽ tăng, khi số điện tử được sản

sinh bằng với số điện tử mất đi do quá trình tái hợp, lúc đó phóng điện tự duy trì Lúc này, khí phát sáng trên bề mặt bia, thế phóng điện giảm và dòng tăng nhanh

Những điện tử năng lượng cao sinh ra nhiều ion và

những ion năng lượng cao đập vào kathod làm phún xạ vật liệu bia và bức xạ các điện tử thứ cấp để tiếp tục

duy trì phóng điện Lúc này khi tăng thế rất nhỏ dòng sẽ tăng đáng kể

Sự ion hoá diễn ra trong điện từ trường vuông góc nhau  plasmaPlasma là đám gồm ion dương và những điện tử  trạng thái gần như trung hoà về điện.

Vùng plasma hình thành trong điện từ trường vuông góc nhau

Với những ứng dụng tạo màng trong môi trường plasma, ion dương được sinh ra bởi quá trình va chạm giữa các hạt trung hoà và những điện tử mang năng lượng

Những điện tử trong môi trường plasma có độ linh động rất lớn Điều khiển các điện tử có độ linh động lớn này chính là điều khiển được plasma

Plasma là gì?

Bài toán tìm phương trình chuyển động của điện tử

trong điện từ trường vuông góc nhau.

Từ phương trình (1.2b), ta thấy với và vuông góc nhau thì chuyển động của hạt sẽ là tổng hợp của 2 dạng chuyển động: chuyển động tròn và chuyển động tịnh tiến dọc theo trục x Nói cách khác, quỹ đạo của chúng là cycloic với bán kính Larmor:

a m F

F

Fhl  E  B 

] B v [ e E e )

v m (      