رسوب کندوپاش: تفاوت میان نسخهها
ایجاد شده بهواسطهٔ ترجمهٔ صفحهٔ «Sputter deposition» |
(بدون تفاوت)
|
نسخهٔ ۲۵ ژانویهٔ ۲۰۲۲، ساعت ۰۷:۲۱
رسوب کندوپاش یک روش لایه نشینی از فاز بخار است که برای رسوب لایه نازک میباشد . این شامل پرتاب مواد از یک "هدف"که منبعی است روی "زیر لایه" مانند ویفر سیلیکونی . کندوپاشی انتشار مجدد مواد ته نشین شده در فرآیند رسوب توسط بمباران یونی یا اتمی است. [۱] [۲] اتم های پرتاب شده از هدف دارای توزیع انرژی گسترده ای هستند که معمولاً تا ده ها الکترون ولت می رسد. یونهای پراکنده شده (معمولاً فقط بخش کوچکی از ذرات خارج شده یونش میشوند - حدود 1درصد) میتوانند از هدف در خطوط مستقیم پرتاب شوند و با انرژی به لایهها یا محفظه خلاء ضربه بزنند (باعث پاشش مجدد). از طرف دیگر، در فشارهای بالا گاز، یونها با اتمهای گاز که بهعنوان محدود کننده عمل میکنند و به صورت پراکنده حرکت میکنند برخورد میکنند و به زیرلایهها یا دیواره محفظه خلاء میرسند ومتراکم میشوند. گازمورد استفاده درکندوپاشی اغلب یک گاز بی اثر مانند آرگون است . برای انتقال تکانه موثر، وزن اتمی گاز مورد استفاده در کندوپاشی باید نزدیک به جرم اتمی هدف باشد، بنابراین برای ایجاد رسوب کندوپاش عناصر سبک نئون مناسبتر است، در حالی که برای عناصر سنگین از کریپتون یا زنون استفاده می شود. [۳] از گازهای واکنش پذیر نیز می توان برای کندوپاشی استفاده کرد. این ترکیب می تواند بر روی سطح هدف، در حین پرواز یا روی زیر لایه با توجه به پارامترهای فرآیند تشکیل شود. در دسترس بودن بسیاری از پارامترها که رسوب کندوپاش را کنترل میکنند، آن را به یک فرآیند پیچیده تبدیل میکند، اما به کارشناسان اجازه میدهد تا درجه بالایی از کنترل روی رشد و ریزساختار فیلم را داشته باشند.
کاربردها
یکی از اولین و مهمترین کاربردهای تجاری گسترده رسوب کندوپاش ، در تولید هارد دیسک کامپیوتر است. کندوپاش به طور گسترده در صنعت نیمه هادی ها برای رسوب دادن لایه های نازک از مواد مختلف بر روی تراشه ها استفاده می شود. در کاربردهای نوری و بصری نیز برای ایجاد پوشش های نازک ضد انعکاس روی شیشه از این روش استفاده میکنند. به دلیل اینکه این روش در دماهای پایین انجام می شود، روشی ایده آل برای رسوب لایه نازکی از فلزات برای تولید ترانزیستورها است . یکی دیگر از کاربردهای این روش، پوشش های کم تشعشع روی شیشه های دوجداره است.این پوشش چند لایه حاوی اکسیدهای نقره و فلزاتی مانند اکسید روی ، اکسید قلع یا دی اکسید تیتانیوم است . صنعت پوشش دهی ابزار با استفاده از رسوب نیتریدها مانند نیترید تیتانیوم که پوشش سخت طلایی رنگ را ایجاد می کند. این روش همچنین به عنوان فرآیندی برای ایجاد لایه فلزی (به عنوان مثال آلومینیوم) در طول ساخت CD و DVD استفاده می شود.
سطوح هارد دیسک استفاده پراکنده CrOx و سایر مواد پراکنده. کندوپاشی یکی از روشهای اصلی ساخت موجبرهای نوری است و رروش دیگری برای ساخت سلول های خورشیدی فتوولتائیک است.
پوشش کندوپاش
پوشش کندوپاش در میکروسکوپ الکترونی روبشی یک روش رسوب کندوپاش است که در آن پوششی برای یک نمونه با یک لایه نازک از مواد رسانا ایجاد می شود. این پوشش معمولا از جنس فلزاتی مانند طلا و پالادیم هستند. پوشش های فلزی برای افزایش نسبت سیگنال به نویز نیز مفید هستند (فلزات سنگین ساطع کننده های الکترون ثانویه خوبی هستند)، هنگامی که از طیف سنجی اشعه ایکس استفاده می شود، کیفیت پایین تری دارند. به همین دلیل هنگام استفاده از طیف سنجی اشعه ایکس، پوشش کربنی ترجیح داده می شود.[۴]
مقایسه با سایر روش های رسوب گذاری
مزیت مهم رسوب کندوپاشی این است که میتوان پوششی از انواع موادحتی موادی با نقطه ذوب بسیار بالا را ایجاد کرد حتی در حالی که تبخیر این مواد در اواپراتور مقاومتی یا سلول نادسن سخت یا غیرممکن است. لایههای نازک ایجاد شده با کندوپاشی، ترکیبی نزدیک به مواد اولیه دارند. تفاوت بین آنها به دلیل اختلاف در پاشش عناصر مختلف به خاطر جرم متفاوت آنهاست (عناصر سبک به راحتی توسط گاز منحرف می شوند). لایه های رسوبی ایجاد شده توسط روش کندوپاشی معمولاً چسبندگی بهتری نسبت به لایه های رسوبی ایجاد شده در روشهای تبخیری دارند. یک هدف حاوی مقدار زیادی مواد است و بدون تعمیر و نگهداری است و این تکنیک را برای کاربردهای خلاء بسیار بالا مناسب می کند. منابع کندوپاش حاوی قطعات داغ نیستند (برای جلوگیری از گرم شدن معمولاً با آب خنک می شوند) و با گازهای واکنش پذیر مانند اکسیژن سازگار هستند. کندوپاش را می توان از بالا به پایین انجام داد در حالی که تبخیر باید از پایین به بالا انجام شود. فرآیندهای پیشرفته مانند رشد اپیتاکسیال امکان پذیر است.
از معایب فرآیند کندوپاش این است که ترکیب این فرآیند با بلند کردن برای ساختار لایه نازک دشوارتر است. به این دلیل است که ایجاد سایه کامل بخاطر انتقال پراکنده غیر ممکن است.همچنین، کنترل فعال برای رشد لایه به لایه در مقایسه با رسوب لیزر پالسی دشوار است و گازهای کندوپاش خنثی به عنوان ناخالصی در لایه نازک در حال رشد ساخته می شوند. رسوب لیزر پالسی گونه ای از تکنیک رسوب کندوپاش است که در آن از پرتو لیزر برای کندوپاش استفاده می شود. نقش یون های پراکنده شده و گاز پس زمینه به طور کامل در طول فرآیند رسوب لیزر پالسی بررسی شده است. [۵] [۶]
انواع رسوب کندوپاش
منابع کندوپاش غالباً از مگنترونهایی که از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی قوی برای محدود کردن ذرات باردار پلاسما در نزدیکی سطح هدف استفاده میکنند. گاز کندوپاش معمولاً یک گاز بی اثر مانند آرگون است. یون های اضافی آرگون ایجاد شده در نتیجه این برخوردها منجر به نرخ رسوب بالاتری می شود. پلاسما همچنین می تواند در فشار کمتری از این طریق حفظ شود. اتم های پراکنده شده به طور خنثی بار دارند و بنابراین تحت تأثیر تله مغناطیسی قرار نمی گیرند. با استفاده از کندوپاش RF که در آن علامت بایاس آند-کاتد با سرعت بالایی تغییر می کند، می توان از ایجاد بار در اهداف عایق جلوگیری کرد. [۷] کندوپاش RF برای تولید لایه های نازک اکسیدی با عایق بسیار خوب کار می کند، اما منابع تغذیه RF و شبکه های تطبیق امپدانس هزینههای زیادی دارند.میدان های پراکنده شار های مغناطیسی که از اهداف فرومغناطیسی نشت می کنند نیز روند کندوپاش را مختل می کنند. معمولا باید از تفنگهای کندوپاش طراحی شده با آهنرباهای دائمی قوی استفاده شود.
کندوپاش پرتو یونی
کندوپاش پرتو یونی (IBS) روشی است که در آن هدف خارج از منبع یونی است . یک منبع میتواند بدون هیچ میدان مغناطیسی مانند یک سنسور فشار یونیزاسیون عمل کند . در منبع کافمن، یونها در اثر برخورد با الکترونهایی که مانند مگنترون توسط یک میدان مغناطیسی محدود شدهاند، تولید میشوند. سپس توسط میدان الکتریکی که از یک شبکه به سمت هدف شتاب می گیرند. زمانیکه یون ها منبع را ترک می کنند توسط الکترون های یک رشته خارجی دوم خنثی می شوند. مزیت کندوپاش پرتو یونی این است که می تواند انرژی و شار یون ها را کنترل کرد. از آنجایی که شاری که به هدف برخورد می کند از اتم های خنثی تشکیل شده است، اهداف عایق یا رسانا می توانند پراکنده شوند. یکی از کازبردهای کندوپاش پرتویونی در ساخت سرهای لایه نازک برای درایوهای دیسک سخت است. این باعث صرفه جویی در گاز و کاهش آلودگی در کاربردهای خلا فوق-بالا میشود.ایراد اصلی کندوپاش پرتو یونی تعمیر ونگهداری زیاد برای حفظ عملکرد منبع یونی است.[۸]
کندوپاش واکنشی
در کندوپاش واکنشی، ذرات پراکنده شده از یک ماده مورد نظر تحت یک واکنش شیمیایی قرار میگیرند که هدف آن قرار دادن یک لابه نازک با ترکیب متفاوت بر روی یک زیرلایه خاص است. این واکنش شیمیایی با یک گاز واکنشپذیر مانند اکسیژن یا نیتروژن که به محفظه کندوپاش وارد می شود و باعث تولید لایه های اکسید و نیترید میشود، رخ میدهد. [۹] افزودن یک عنصر اضافی مانند گاز واکنش پذیر به فرآیند ، تأثیر قابل توجهی در رسوبات مورد نظر دارد. به همین ترتیب، اکثریت گسترده فرآیندهای کندوپاش مبتنی بر واکنش با رفتاری شبیه پسماند مشخص می شوند، بنابراین برای تضعیف آن به کنترل مناسب پارامترهای درگیر، به عنوان مثال فشار جزئی گازهای فعال (یا بی اثر) و واکنشگر نیاز دارند. [۱۰] برگ و همکاران یک مدل برای تخمین تاثیر افزودن گاز واکنش ذیر در فرآیند کندوپاش پیشنهاد کردند. به طور کلی، تأثیر فشار نسبی و جریان گاز راکتیو مطابق با فرسایش هدف و نرخ رسوب فیلم بر روی بستر مورد نظر برآورد شد. [۱۱] ترکیب لایههای نازک را می توان با تغییر فشار نسبی گازهای بی اثر و واکنشپذیر کنترل کرد.
رسوب به کمک یون
در رسوب دهی به کمک یون (IAD)، زیرلایه در معرض یک پرتو یون ثانویه که با قدرت کمتری نسبت به تفنگ کندوپاش،قرار میگیرد. معمولا یک منبع کافمن، مانند منبع مورد استفاده در کندوپاش پرتو یونی، پرتو ثانویه را تامین می کند. از روش رسوب دهی به کمک یون می توان برای رسوب کربن به شکل الماس بر روی یک زیرلایه استفاده کرد. هر اتم کربنی که روی زیرلایه فرود آید و نتواند به درستی در شبکه کریستالی الماس متصل شود، توسط پرتو ثانویه از بین می رود. روش رسوب به کمک یون در ایجاد پوششهای کربن آمورف چهاروجهی بر روی صفحات دیسک سخت و پوششهای نیترید فلز انتقالی سخت روی ایمپلنتهای پزشکی استفاده میشود.
کندوپاش با هدف بالا (HiTUS)
کندوپاشی ممکن است از راه دور و با تولید پلاسمای چگالی بالا نیز انجام شود. پلاسما در یک محفظه جانبی که به محفظه اصلی باز می شود، تولید می شود که حاوی هدف و زیرلایهای که قرار است پوشش داده شود.
کندوپاش مگنترون ضربه ای با توان بالا (HiPIMS)
کندوپاش مگنترون ضربهای با توان بالا یک روش لایه نشینی از فاز بخار است که برای رسوب لایه نازک میباشد.این روش از چگالی توان بسیار بالا در مرتبه kW/cm 2 در پالس های کوتاه ده ها میکروثانیه در چرخه کاری کم کمتر از 10 درصد استفاده می کند.
کندوپاش جریان گاز
کندوپاش جریان گاز ازاثر کاتد توخالی استفاده می کند. در کندوپاش جریان گاز، یک گاز فعال مانند آرگون از طریق دهانه فلزی که در معرض پتانسیل الکتریکی منفی قرار دارد هدایت می شود. [۱۲] [۱۳] اگر فشار در محفظه p و یک بعد مشخصه L از کاتد توخالی از قانون پاشن پیروی کند،در کاتد توخالی چگالی پلاسما افزایش مییابد. این باعث شار بالای یون ها در سطوح اطراف و اثر کندوپاش بزرگ می شود. بنابراین کندوپاش جریان گاز مبتنی بر کاتد توخالی ممکن است با نرخ رسوب بزرگ تا مقادیر چند میکرومتر در دقیقه همراه باشد. [۱۴]
ساختار و ریختشناسی
در سال 1974 تورنتون از مدل ناحیه ساختاری برای توصیف ریختشناسی لایه نازک برای رسوب کندوپاش استفاده کرد. در مطالعهای بر روی لایههای فلزی تهیهشده توسط کندوپاش DC، [۱۵] او مفهوم منطقه ساختاری را که در ابتدا توسط مووچان و دمچیشین برای لایههای نازک تبخیر شده معرفی شدهبود، گسترش داد. [۱۶]
همچنین ببینید
منابع
خواندن بیشتر
لینک های خارجی
- ↑ Gregoire, J. M.; Lobovsky, M. B.; Heinz, M. F.; DiSalvo, F. J.; van Dover, R. B. (26 November 2007). "Resputtering phenomena and determination of composition in codeposited films". Physical Review B. 76 (19): 195437. Bibcode:2007PhRvB..76s5437G. doi:10.1103/PhysRevB.76.195437.
- ↑ Kester, Daniel J.; Messier, Russell (1 August 1993). "Macro-effects of resputtering due to negative ion bombardment of growing thin films". Journal of Materials Research (به انگلیسی). 8 (8): 1928–1937. Bibcode:1993JMatR...8.1928K. doi:10.1557/JMR.1993.1928. ISSN 2044-5326.
- ↑ Tong, Xingcun Colin (2014). PhD (به انگلیسی). Schaumburg, IL 60173, USA: Springer International Publishing. p. 42. ISBN 978-3-319-01549-1.
{{cite book}}
: نگهداری CS1: موقعیت (link) - ↑ Newbery, Dale.; et al. (1986). Advanced Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis. Plenum Press. ISBN 978-0-306-42140-2.
- ↑ Rashidian Vaziri, M R (2010). "Microscopic description of the thermalization process during pulsed laser deposition of aluminium in the presence of argon background gas". Journal of Physics D: Applied Physics. 43 (42): 425205. Bibcode:2010JPhD...43P5205R. doi:10.1088/0022-3727/43/42/425205.
{{cite journal}}
: Unknown parameter|displayauthors=
ignored (|display-authors=
suggested) (help) - ↑ Rashidian Vaziri, M R (2011). "Monte Carlo simulation of the subsurface growth mode during pulsed laser deposition". Journal of Applied Physics. 110 (4): 043304–043304–12. Bibcode:2011JAP...110d3304R. doi:10.1063/1.3624768.
{{cite journal}}
: Unknown parameter|displayauthors=
ignored (|display-authors=
suggested) (help) - ↑ Ohring, Milton. Materials Science of Thin Films (2nd ed.). Academic Press. p. 215.
- ↑ Bernhard Wolf (1995). Handbook of ion sources. CRC Press. p. 222. ISBN 978-0-8493-2502-1.
- ↑ Safi, I. (2000-05-22). "Recent aspects concerning DC reactive magnetron sputtering of thin films: a review". Surface and Coatings Technology (به انگلیسی). 127 (2): 203–218. doi:10.1016/S0257-8972(00)00566-1. ISSN 0257-8972.
- ↑ Sproul, W. D.; Christie, D. J.; Carter, D. C. (2005-11-22). "Control of reactive sputtering processes". Thin Solid Films (به انگلیسی). 491 (1): 1–17. Bibcode:2005TSF...491....1S. doi:10.1016/j.tsf.2005.05.022. ISSN 0040-6090.
- ↑ Berg, S.; Nyberg, T. (2005-04-08). "Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes". Thin Solid Films (به انگلیسی). 476 (2): 215–230. Bibcode:2005TSF...476..215B. doi:10.1016/j.tsf.2004.10.051. ISSN 0040-6090.
- ↑ K. Ishii (1989). "High-rate low kinetic energy gas-flow-sputtering system". Journal of Vacuum Science and Technology A. 7 (2): 256–258. Bibcode:1989JVSTA...7..256I. doi:10.1116/1.576129.
- ↑ T. Jung; A. Westphal (1991). "Zirconia thin film deposition on silicon by reactive gas flow sputtering: the influence of low energy particle bombardment". Mat. Sci. Eng. A. 140: 528–533. doi:10.1016/0921-5093(91)90474-2.
- ↑ K. Ortner; M. Birkholz; T. Jung (2003). "Neue Entwicklungen beim Hohlkatoden-Gasflusssputtern" (PDF). Vac. Praxis (به آلمانی). 15 (5): 236–239. doi:10.1002/vipr.200300196.
- ↑ J.A. Thornton (1974). "Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings". Journal of Vacuum Science and Technology. 11 (4): 666–670. Bibcode:1974JVST...11..666T. doi:10.1116/1.1312732.
- ↑ B. A. Movchan; A. V. Demchishin (1969). "Study of the structure and properties of thick vacuum condensates of nickel, titanium, tungsten, aluminium oxide and zirconium dioxide". Phys. Met. Metallogr. 28: 83–90.