کندوپاش

sputter deposition

تعداد بازدید: 6351
کد مطلب: 12283
تاریخ انتشار: 09:55 14 شهريور 1391

sputter deposition

 
 

در فرآیند کندوپاش (Sputtering)، با استفاده از ذراتی پر انرژی (1000-50 الکترون ولت) سطح هدف بمباران می‌ شود. در نتیجه برخورد ذرات پر انرژی به هدف، یک و یا تعداد بیشتری از اتم‌ های هدف به بیرون پرتاب می‌ شود. این روش برای ایجاد پوشش و تولید نانو لایه ها استفاده می شود. کاتد به ولتاژ منفی متصل می شود و از جنس ماده پوشش دهنده انتخاب می شود. آند که در واقع زیرپایه پوشش است می تواند به صورت صاف، زاویه دار یا شناور قرار گیرد.

گاز و یا مخلوطی از گاز های مختلف با فشاری از چند میلی‌ تور تا چند صد میلی‌ تور، از طریق شیرهای ویژه‌ای به صورت کنترل شده وارد محفظه کندوپاش می‌شوند. متداول‌ ترین گاز مورد استفاده برای محفظه کندوپاش آرگون است. زیرا نسبت به سایر مواد کندوپاش شده، ضریب نشر ثانویۀ بزرگ‌تری دارد. می‌توان از گازهای نجیب دیگر مانند هلیوم و یا نئون نیز برای این منظور استفاده کرد. استفاده از گازهای سبک تر در فرآیند اسپاترینگ می تواند مشکلات مربوط استوکیومتری را در کندوپاش واکنشی (Reactive Sputtering) یا کندوپاش ترکیبات مختلف کاهش دهد. در این صورت گازهای O2  و N2 با نسبت های مشخص نسبت به گاز خنثی وارد محفظه کندوپاش می شوند.

فرآیند کندوپاش با توجه به پدیده های زیر درک می شود:

یون های مثبت که از یونیزاسیون گاز توسط تخلیه الکتریکی، ایجاد شده اند، به سطح هدف برخورد کرده و از طریق انتقال انرژی و مومنتم اتم هایی را از هدف جدا می کنند. این اتم های با مقادیر مشخصی انرژی هدف را ترک می کنندو روی زیرپایه تجمع می کنند و در نتیجه یک لایه نازک ایجاد می شود. حد کندوپاش (Sputter Yield) که به عنوان مقیاسی برای بازده فرآیند مد نظر قرار می گیرد عبارتست از نسبت اتم های جدا شده از هدف به تعداد بمباران های صورت گرفته.

 
 

 روش کندوپاشDC  برای مواد هادی و روش RF برای مواد عایق استفاده می‌شود. اما معمول ترین روش، کندوپاش با مگنترون است. در روش کندوپاش با مگنترون، میدان مغناطیسی پلاسما را در اطراف سطح هدف محدود می‌ کند. مزایای استفاده از مگنترون کندوپاش عبارت است از اندازه کاتد بزرگ، افزایش سرعت کندوپاش، بمباران کمتر هدف.

شکل زیر طرح شماتیکی از سیستم کندوپاش را نشان می‌ دهد. این سیستم برای ساخت فیلم نازک چند لایه‌ای TiN/VN و یا TiN/NbN توسط یاشار و اسپرول در سال 1999 طراحی شده است. زیرپایه های مورد نظر روی صفحه گردان قرار گرفته است. زیرپایه باید به حد کافی بزرگ انتخاب شود تا جریانات متقاطع کندوپاش رخ ندهد. این نوع دستگاه برای ساخت بسیاری از سیستم‌ های چند لایه‌ای استفاده شده است.

طرح شماتیک دستگاه کندوپاش

ساخت اکسیدهای چندتایی فلزات مانند SrTiO3 و YBa2Ca3O7 توسط روش کندوپاش پیچیده است و باید ترکیب بخار  مورد استفاده کنترل شود. بمباران سطح فیلم توسط یون‌های پرانرژی مشکلات جدی در پی دارد مانند صدمه رساندن و یا کنده شدن اتم‌های سطح فیلم تشکیل شده، در اثر برخورد یون‌های منفی. برای کاهش اثر یون‌ های منفی دو نظریه وجود دارد:

1- استفاده از فشار بالای گاز که انرژی یون‌ های منفی را کاهش می‌ دهد.

2- کندوپاش بدون محور. این روش به‌ طور گسترده‌ای برای ایجاد فیلم‌ های نازک ابر رسانا در دماهای بالا استفاده می‌ شود.

شکل زیر موقعیت نسبی زیرپایه و هدف را نشان می‌ دهد. از عیوب این چیدمان می‌ توان به کاهش سرعت نشست و نیز محدودیت نشست برای فیلم‌های بزرگ اشاره کرد.

چیدمان نسبی زیرپایه و هدف برای سیستم کندوپاش بدون محور

در هنگام نشست مواد فرومغناطیس، نمی‌ توان از کندوپاش با مگنترون معمولی به‌ خوبی استفاده کرد زیرا این مواد قابلیت نفوذ پذیری مغناطیسی بالایی دارند. در این موارد از کندوپاش هدف‌ نما (Facing Target Sputtering) استفاده می‌ شود. شکل زیر طرح شماتیک این سیستم را نشان می‌ دهد. در سیستم کندوپاش هدف نما، از یک جفت هدف استفاده می‌شود که نسبت به خود و بستر موازی هستند و در بیرون منطقه پلاسما قرار دارند. این چیدمان نه تنها مزایای کندوپاش مگنترون معمولی را دارد، بلکه از بمباران ذرات باردار به سطح فیلم می‌ کاهد.

شماتیکی سیستم کندوپاش هدف نما

 
 

کندوپاش یکی از روش های لایه نشانی فیزیکی است که برای لایه نشانی بسیاری از مواد استفاده می گردد. به خاطر سادگی سامانه کندوپاش  در مقایسه با دیگر سامانه های  لایه نشانی  و همچنین قابلیت لایه نشانی در مقیاس بزرگ از این روش  برای  کاربردهای  صنعتی بطور گسترده استفاده می گردد. به منظور افزایش آهنگ لایه نشانی  از کندوپاش مغناطیسی استفاده می گردد. در کندوپاش مگنترونی، یک میدان مغناطیسی موازی سطح کاتد به کار می رود که باعث می شود الکترون ها در تخلیه نورانی به صورت چرخزادی حرکت کنند این دام الکترونی آهنگ برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز کندوپاشی را افزایش می دهد و ما را قادر می سازد که در فشار های  پایین تر کار کنیم. میدان مغناطیسی چگالی پلاسما را افزایش می دهد که منجر به افزایش چگالی جریان در هدف کاتدی می گردد و به طور مؤثری آهنگ کندوپاش را افزایش می دهد. به خاطر فشار کاری پایین گاز، ذرات کنده شده فضای تخلیه را بدون برخورد طی می کنند که منجر به آهنگ لایه نشانی بالا می شود. از روش کندوپاش همچنین برای لایه نشانی کربن شبه الماسی استفاده می گردد که  معمولاً از هدف گرافیتی، که تحت انرژی جریان مستقیم  یا فرکانس رادیویی  قرار دارد بدست می آید. همچنین فرآیند کندوپاش واکنشی به منظور تولید کربن شبه الماسی توسط اضافه کردن منابع گازی هیدروکربنی ( متان، استیلن، .. ) یا هیدروژن به آرگون امکان پذیر است... ادامه

 
 

Sputter deposition is a physical vapor deposition (PVD) method of depositing thin films by sputtering. This involves ejecting material from a "target" that is a source onto a "substrate" such as a silicon wafer. Resputtering is re-emission of the deposited material during the deposition process by ion or atom bombardment. Sputtered atoms ejected from the target have a wide energy distribution, typically up to tens of eV (100,000 K). The sputtered ions (typically only a small fraction — order 1% — of the ejected particles are ionized) can ballistically fly from the target in straight lines and impact energetically on the substrates or vacuum chamber (causing resputtering). Alternatively, at higher gas pressures, the ions collide with the gas atoms that act as a moderator and move diffusively, reaching the substrates or vacuum chamber wall and condensing after undergoing a random walk. The entire range from high-energy ballistic impact to low-energy thermalized motion is accessible by changing the background gas pressure. The sputtering gas is often an inert gas such as argon. For efficient momentum transfer, the atomic weight of the sputtering gas should be close to the atomic weight of the target, so for sputtering light elements neon is preferable, while for heavy elements krypton or xenon are used. Reactive gases can also be used to sputter compounds. The compound can be formed on the target surface, in-flight or on the substrate depending on the process parameters. The availability of many parameters that control sputter deposition make it a complex process, but also allow experts a large degree of control over the growth and microstructure of the film...more

 
 

Sputtering is a Physical Vapor Deposition vacuum process used to deposit very thin films onto a substrate for a wide variety of commercial and scientific purposes. Sputtering occurs when an ionized gas molecule is used to displace atoms of a specific material. These atoms then bond at the atomic level to a substrate and create a thin film. Several types of sputtering processes exist, including: ion beam, diode, and magnetron sputtering. Angstrom Sciences specializes in Magnetron Sputtering Technology...more

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
مطالب مرتبط