Bài giảng phún xạ

Phún xạ Lê Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 22/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Sơ đồ hệ thống thiết bị phún xạ Bia Nước làm lạnh Mâm đỡ bằng Cu Nguyên tử phún xạ Nguyên tử Ar nhanh Đế bán dẫn Nguyên tử phún xạ ngược Súng ion Plasma Ar Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 32/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Sơ đồ bố trí các bộ phận thiết bị phún xạ Khí vào Bơm chân không Nguồn điện BiaPhiến bán dẫn Đế Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 42/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cơ chế thực hiện quá trình phún xạ Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 52/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Cơ chế thực hiện quá trình phún xạ (tiếp) Phún xạ (tiếp) 1. Nguyên tử khí Ar bị phân ly do ion hóa Ar → Ar+ + e- 2. Điện tử được tăng tốc nhờ điện trường. Trong quá trình chuyến động tới anode, trên đường đi, chúng tiếp tục gây ra các phân ly nguyên tử Ar mới. 3. Các ion được tăng tốc cũng bởi điện trường và chuyển động tới cực âm, va chạm với vật liệu bia, làm bắn ra các hạt vật liệu bia và các điện tử thứ cấp. Các hạt vật liệu bia bị phún xạ ra khi được đưa tới bề mặt các phiến đế sẽ lắng đọng và tạo ra màng mỏng trên đó, còn các điện tử thứ cấp khi đi tới anode góp phần tăng cường quá trình ion hóa các nguyên tử Ar. Cột plasma Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 62/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Một vài đặc điểm của các hạt nhỏ vật liệu bia phún xạ Trước hết, các hạt nhỏ vật liệu bia bị phún xạ ra ngoài bia trung hòa về điện tích, nên chuyển động của chúng không phụ thuộc chiều điện trường mà được quyết định bởi các va chạm với các ion Ar+. Năng lượng liên kết của các nguyên tử hạt vật liệu bia phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các thông số của các ion Ar tham gia va chạm, định hướng tinh thể, v.v… Ví dụ, giá trị đối với vật liệu Ge khi dùng các ion Ar+ có động năng 1.2 KeV là vào khoảng ~ 15 eV. Do có động năng lớn nên các hạt nhỏ vật liệu bia có thể gây ra các hiệu ứng phụ như nhiễm bẩn thứ cấp, v.v… Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 72/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Các phản ứng do va chạm với điện tử Ion hóa phân ly phân tử: AB + e-→A++ B +2e- Phân ly AB + e-→A + B + e- Phân ly kèm theo gắn kết điện tử AB + e- → A + B- Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 82/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Cơ chế và hiệu suất phún xạ của các vật liệu đơn chất Phún xạ (tiếp) Hiệu suất phún xạ S = Số ion bứt ra/số ion bắn phá Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 92/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Các hợp chất vật liệu bia có thể được dùng để tạo màng trên 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 Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 102/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Hệ thống phóng điện có hai bản cực song song cho phún xạ một chiều Phún xạ (tiếp) Các thông số công nghệ thường dùng: • Chân không: 10-7 torr • Áp suất hơi Ar: 20 – 100 mtorr • Điện áp: 2 – 5 kV Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 112/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Hệ thống phóng điện cải tiến cho phún xạ Các thông số công nghệ thường dùng: „ Chân không: 10-7 torr „ Áp suất hơi Ar: 1 – 5 mtorr „ Điện áp: 500 – 1000 V (một chiều hay xoay chiều tần số radio) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 122/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Phún xạ hóa học Trong quá trình phún xạ, một hay nhiều thành phần của vật liệu màng mỏng phún xạ tồn tại dưới dạng các ion/tổ hợp mang điện và được vận chuyển bởi điện trường. Tại không gian gần/tại bề mặt đế, các thành phần đó tham gia phản ứng hóa học với các thành phần khác sẵn có hay cũng được vận chuyển tới để tạo thành vật liệu cuối cùng và lắng đọng trên bề mặt đế. Cần để ý tới hiện tượng ăn mòn (rỉ) do môi trường khí. Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 132/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Phún xạ một chiều (DC) và xoay chiều tần số radio (RF) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 142/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Phún xạ dùng súng magnetron Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 152/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Súng magnetron thương mại Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 162/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Magnetron công nghiệp dạng tròn (trái) và phẳng (phải) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 172/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Chuyển động của các điện tử trong súng magnetron Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 182/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Đường sức từ trường Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 192/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cơ chế của sự rỉ (ăn mòn) bia Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 202/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cải thiện việc sử dụng bia Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 212/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Cải thiện việc sử dụng bia nhờ thay đổi hình dạng các nam châm (tiếp) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 222/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Magnetron không cân bằng Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 232/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Các loại magnetron Phún xạ (tiếp) Magnetron các loại khác nhau cho phép thay đổi các tính chất từ trường của nguồn với các hiệu ứng được tạo ra như sau: ‰ Unbalance (Không cân bằng): Bằng cách thay đổi góc ra của các đường sức từ trường trong các magnetron không cân bằng có thể điều chỉnh số lượng điện tử được thoát ra, do đó, cả mức độ bắn phá ion đối với màng mỏng được tạo thành. ‰ Balance (Cân bằng): Dùng để giảm thiểu lượng năng lượng bổ sung cho màng mỏng mọc trên đế và tạo ra điều kiện bắn phá ion thấp. ‰ Field Strength (Cường độ từ trường): Thay đổi cường độ từ trường để điều chỉnh cường độ và hiệu điện thế phóng điện. Có thể sử dụng để bù trừ với thay đổi điện áp gây ra bởi hiện tượng ăn mòn bia trong quá trình phún xạ. ‰ Magnetic Field Shape (Phân bố từ trường): Thay đổi phân bố từ trường trong không gian gây ra sự biến đổi tương tác giữa plasma với anode nhằm điều chỉnh áp suất làm việc cực tiểu. Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 242/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Cơ chế lấp đầy các rãnh, bước trong màng mỏng phún xạ Phún xạ (tiếp) Năng lượng của các nguyên tử tới bề mặt màng ~ 1 – 15 eV. Các nguyên tử vật liệu màng bị bứt ra do quá trình bắn phá bởi các ion Ar+ sẽ lại tái lắng đọng sau khi truyền bớt động năng cho các nguyên tử khác trong màng và tìm được vị trí có lợi về mặt năng lượng. Quãng đường tự do trung bình của các nguyên tử tới được tính theo công thức thực nghiệm: L (cm) = 5x10-3/P (torr) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 252/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Vi cấu trúc của các màng mỏng phún xạ Phún xạ (tiếp) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 262/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Thiết bị phún xạ trong công nghiệp Phún xạ (tiếp) Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 272/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Phún xạ (tiếp) Các ưu điểm của phương pháp phún xạ Tốc độ mọc màng cao Diện tích của màng mỏng lớn, với độ đồng đều cao Có tính bám dính tốt giữa các vật liệu màng mỏng và đế nên có thể thay đổi ứng suất trong màng mỏng Có thể tạo màng phún xạ kim loại, điện môi hay bán dẫn Có thể tạo màng phún xạ với các vật liệu hợp chất thích hợp Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com 282/2/2006 Đại học Bách khoa Hà Nội Cám ơn đã 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 1 Dai Co Viet Str., Hanoi, Vietnam Mobile: 0912 560 536 E-mail: le.tuan@vnn.vn Sim po PDF M erge and Split Unregistered Version - popdf.com