Τεχνικές Εναπόθεσης Υµενίων

Transcript

1 Τεχνικές Εναπόθεσης Υµενίων Φυσικών Ατµών (PVD) Θερµική Εξάχνωση µε αντιστάσεις Με δέσµη ηλεκτρονίων (e-beam) Χηµικών Ατµών (CVD) Σχηµατισµός υµενίου µε ετερογενή αντίδραση στην επιφάνεια του υποστρώµατος Με παλµικό Laser (PLD) Με βοµβαρδισµό από ιόντα Sputtering (DC,RF, Magnetron ) Με δέσµη ιόντων (IBD)

2 Εξάχνωση µε δέσµη ηλεκτρονίων Το νήµα δεν επηρεάζεται από το εξαχνούµενο υλικό Το µαγνητικό πεδίο χρησιµοποιείται για εστίαση και τοποθέτηση της δέσµης Πρόσθετο µεταβαλλόµενο µαγνητικό πεδίο µπορεί να προκαλέσει σάρωση της δέσµης Αποφυγή µόλυνσης από το σκαφίδιο/νήµα Εξάχνωση υλικών υψηλού σηµείου τήξης σε υψηλούς ρυθµούς

3 Εναπόθεση µε παλµικό Laser (PLD=Pulsed Laser Deposition) 200mJ 20nsec 10MW!! 1-5 J/cm 2

4 Εναπόθεση µε παλµικό Laser (PLD=Pulsed Laser Deposition) έσµη παλµικού laser εστιάζεται στο προς «εξάχνωση» υλικό στο εσωτερικό θαλάµου εναπόθεσης που βρίσκεται είτε σε υψηλό κενό (π.χ. για την εξάχνωση µετάλλων) είτε σε χηµικά ενεργή ατµόσφαιρα (π.χ. µερικά δέκατα του Torr οξυγόνου στην περίπτωση των οξειδίων). Η ενέργεια του φωτονίου απορροφάται από τον στόχο και προκαλεί βίαιη εξάχνωση οδηγεί στην αποκόλληση σωµατιδίων σε µορφή διεγερµένων ατόµων ιόντων και συσσωµατωµάτων τα οποία στη συνέχεια αποτελούν πλάσµα (plume).

5 Sputtering ιόντα Ar επιταχύνονται προς την κάθοδο ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ άτοµα του στόχου εξαχνώνονται ΣΤΟΧΟΣ ΣΤΟΧΟΣ ΚΑΘΟ ΟΣ ΚΑΘΟ ΟΣ Όταν ένα στερεό βοµβαρδίζεται από ενεργητικά άτοµα υπάρχει πιθανότητα να προκληθεί εκτόξευση των επιφανειακών του ατόµων. Αυτό το φαινόµενο βρίσκει πλατιά εφαρµογή στην εναπόθεση λεπτών υµενίων µε βοµβαρδισµό «στόχων» από τα αντίστοιχα προς εξάχνωση υλικά από ενεργητικά ιόντα ευγενών αερίων. Η δηµιουργία των ιόντων αυτών βασίζεται στο φαινόµενο της «ανώµαλης αυτοτελούς εκκένωσης αίγλης»

6 Πηγές Sputtering-Εκκένωση Αίγλης Το υλικό που πρόκειται να εναποτεθεί αποτελεί κάθοδο σε σύστηµα εκκένωσης αίγλης και βοµβαρδίζεται από ιονισµένα άτοµα ευγενούς αερίου. Το υλικό που απελευθερώνεται («εξαχνώνεται») λόγω βοµβαρδισµού συµπυκνώνεται στις γύρω επιφάνειες και έτσι µπορούµε να το συλλέξουµε σε κατάλληλα προετοιµασµένο υπόστρωµα.

7 Πηγές Sputtering-Εκκένωση Αίγλης Αν εφαρµόσουµε διαφοράδυναµικού µεταξύ δυο ηλεκτροδίων που βρίσκονται σε ατµόσφαιρα αερίου σε χαµηλή πίεση (έστω 200mTorr Αργού) και µε κάποιο τρόπο προκαλέσουµε εκποµπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο (πχ µε θέρµανση, ήφωτισµό µε υπεριώδη ακτινοβολία), τα παραγόµενα στην κάθοδο ηλεκτρόνια θα κινηθούν προς την άνοδο και έτσι θα έχουµε ροήρεύµατος µέσω των ηλεκτροδίων. Στο χώρο µεταξύ των ηλεκτροδίων παρατηρούµε φωτεινές περιοχές που οφείλονται στην αποδιέγερση ατόµων τουαερίουπουέχουνδιεγερθείαπό µη ελαστικές κρούσεις µε τακινούµενα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια επιταγχυνόµενα προς την άνοδο µπορούν αν προκαλέσουν ιονισµότωνατόµων του αερίου κατά το σχήµα: e 2 Ar e Ar Ο αριθµός των ηλεκτρονίων που κινούνται προς την άνοδο είναι πολύ µεγαλύτερος αυτού που παράχθηκε αρχικά στην κάθοδο. Τα ιόντα που κινούνται προς την κάθοδο και µπορούν προσκρούοντας σε αυτήν να προκαλέσουν παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων

8 Εξίσωση Townsend Αυτοτελής Εκκένωση Αίγλης I e 1 γ a d = I0 ( a d e 1) I 0 αρχικό ρεύµα κοντά στην κάθοδο, d απόσταση ανόδου-καθόδου, α=συντελεστής ιονισµού [πιθανότητα ιονισµού ανά µήκος], γ= συντελεστής δευτερογενούς εκποµπής a = 1 e λ V i Eqλ Αν η εφαρµοζόµενη τάση είναι αρκετή, παράγεται ικανός αριθµός δευτερογενών ηλεκτρονίων ώστε η εκκένωση αίγλης µπορεί να διατηρηθεί χωρίς κάποιο εξωτερικό αίτιο, που να προκαλεί εκποµπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο και ονοµάζεται αυτοτελής (self-sustained, αυτοσυντηρούµενη). Απαιτείται µια ελάχιστη πυκνότητα ρεύµατος στην επιφάνεια της καθόδου. Η διατοµή τηςεκκένωσης µεταβάλλεται ώστε να έχουµε την απαιτούµενη ελάχιστη πυκνότητα ρεύµατος στην κάθοδο. Αν αυξήσουµε την ισχύ πέρα από το σηµείο που η διατοµή της αίγλης καλύπτει όλη την επιφάνεια της καθόδου, τότε έχουµε περαιτέρω αύξηση της πυκνότητας ρεύµατος και η εκκένωση λέγεται ανώµαλη εκκένωση αίγλης. Τότε µπορούµε να επιτύχουµε πρακτικά χρήσιµους ρυθµούς «εξάχνωσης» του υλικού της καθόδου.

9 Νόµος Paschen A Pd V B = ln ( Pd ) B Λίγες κρούσεις Μικρή παραγωγή δευτερογενών αυτοτελής Πολλές κρούσεις Μικρή ελεύθερη διαδροµή εναποκτούναρκετήενέργεια ώστε να προκαλούν ιονισµό

10 Αυτοτελής Εκκένωση Αίγλης Σκοτεινή Περιοχή Crooke Σκοτεινή Περιοχή Faraday e 2 Ar e Ar Καθοδική Αίγλη Αρνητική Αίγλη Θετική Στήλη Καθοδική Αίγλη: Λόγω βοµβαρδισµού της καθόδου από Ιόντα Ar Σκοτεινή Περιοχή Crooke < λ ιονιστικής κρούσης Αρνητική Αίγλη: Λόγω ιονιστικών κρούσεων Σκοτεινή Περιοχή Faraday: Λόγω της απώλειας της ενέργειας στην προηγούµενη περιοχή Θετική Στήλη: Λόγω επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων

11 Αυτοτελής Εκκένωση Αίγλης Σκοτεινή Περιοχή Crooke Σκοτεινή Περιοχή Faraday e 2 Ar e Ar Καθοδική Αίγλη Αρνητική Αίγλη Θετική Στήλη Η θετική στήλη (positive column) δεν συνεισφέρει στην παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων στην κάθοδο (ώστε να έχουµε αυτοσυντηρούµενη διαδικασία εκκένωσης) και εποµένως είναι µικρής σηµασίας στην τεχνολογία εναπόθεσης υµενίων, ενώ αντίθετα είναι βασική στην χρήση της εκκένωσης αίγλης για φωτισµό. Η άνοδος µπορεί να πλησιάσει προς τη κάθοδο µέχρι την περιοχή «αρνητικής αίγλης» χωρίς επηρεασµό του µηχανισµού παραγωγής δευτερογενών ηλεκτρονίων. Όσο όµως πλησιάζουµε στην περιοχή Crooke ο αριθµός των παραγόµενων δευτερογενών ηλεκτρονίων γίνεται ανεπαρκής και η απαιτούµενη τάση για την διατήρηση του φαινοµένου αυξάνεται πολύ.

12 «Πλάσµα» και «εκκένωση αίγλης» η (φορτισµένων σωµατίων)~10 7 cm -3 διάστηµα cm -3 υψηλής πίεσης cm -3 διαδικασίες πλάσµατος ΚΣ: 6.022*10 23 /22400cm 3 3µ10 19 άτοµα/cm 3 5mTorr 2µ10 14 άτοµα/cm 3 Βαθµός Ιονισµού / Floating potential λόγω της µεγαλύτερης ευκινησίας των ηλεκτρονίων

13 «Πλάσµα» και «εκκένωση αίγλης» Οι όροι εκκένωση αίγλης και πλάσµα χρησιµοποιούνται συχνά χωρία διάκριση στην τεχνολογία εναπόθεσης υµενίων. Το πλάσµα είναι συνολικά ηλεκτρικά ουδέτερο µια και αποτελείται από ίσο αριθµό θετικών και αρνητικών φορτίων. Σε µια συνηθισµένη εκκένωση αίγλης ο λόγος των ζευγών ηλεκτρονίων-θετικών ιόντων ως προς τα ουδέτερα άτοµα (βαθµός ιονισµού) είναι της τάξης Οι κύριοι φορείς σε ένα πλάσµα είναι τα ηλεκτρόνια λόγω της µικρής τους µάζας ανταποκρίνονται γρήγορα σε ηλεκτρικά πεδία. Οι ενέργειες ηλεκτρονίων στο πλάσµα είναι περίπου 2eV ενώ των θετικών ιόντων µόνο µερικά εκατοστά του ev. Αν εισάγουµε ηλεκτρικά µονωµένο αντικείµενο στο πλάσµα λόγω της µεγαλύτερης ευκινησίας των ηλεκτρονίων θα φορτιστεί αρνητικά µέχρι να αποκτήσει τέτοιο δυναµικό (floating potenial) ώστε η ροή θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων να είναι ίσες. Το µήκος στο οποίο ένα µικρό δυναµικό διαταράσσει το πλάσµα λέγεται µήκος Debye και υπολογίζεται από την λύση της εξίσωσης Poisson ως λ D = πkt 2 ne όπου kt είναι η θερµική ενέργεια του πλάσµατος, e το φορτίο του ηλεκτρονίου και n η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων ανά µονάδα όγκου. Το λ D πρέπει να είναι µικρό σε σύγκριση µε τιςδιαστάσεις τηςεκκένωσηςαίγληςώστεόροςπλάσµα ναµπορεί να χρησιµοποιηθεί. Πράγµατι η τιµή του λ D για τις πυκνότητες και τις ενέργειες που συναντώνται σε ένα σύστηµα ιονοβολής είναι της τάξης του 0.1mm

14 ιαδικασίες κρούσεων-µεταφορά ενέργειας 1 2 θ ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΚΡΟΥΣΗ, ΣΥΝΑΤΡΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ E m1m ϑ= 2 2 E2 = cos ϑ, m1 = m2 = 1 2 E E 1 ( m m ) Ελαστική κρούση µεταξύ ενός κινούµενου σωµατιδίου µε αρχική ταχύτητα υ (αρχική κινητική ενέργεια Ε 1 =1/2m 1 υ 2 ) και ενός που είναι αρχικά ακίνητο. θ είναι η γωνιά µεταξύ του υ και της ευθείας που ενώνει τα κέντρα των δύο σωµάτων. Από την διατήρηση της ορµής και της ενέργειας βλέπουµε ότι κινητική ενέργεια Ε 2 που µεταφέρεται στο ακίνητο σώµα µετά την κρούση µεγιστοποιείται για m 1 =m 2. ΜΗ-ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΚΡΟΥΣΗ, ΣΥΝΑΤΡΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ U m ϑ = cos, ( ) 1 << 2 = U ϑ m m E1 m1 m2 E1 = 1

15 µη ελαστικές κρούσεις B A B A transfer e Ch e N N N e attachment dissociative SF SF e attachment electron F CF e CF e ionization dissociative F CF e CF e dissociation O e O e excitation Ar e Ar e ionization arg * 3 4 * * 3 4 * 2 2

16 Αλληλεπίδραση Ιόντος Επιφάνειας (majority because ionization potential > Work function ) Όταν ένα ιόν προσπίπτει σε µια επιφάνεια υπάρχουν πολλά είδη αντιδράσεων που µπορούν να συµβούν (εκποµπή ατόµων ( sputtering ), ιόντων δευτερογενών ηλεκτρονίων, φωτονίων, ανάκλαση του προσπίτοντος ή εµφύτευση του µέσα στο στερεό). Το πια διαδικασία θα συµβεί εξαρτάται από τον τύπο και την ενέργεια του ιόντος, την φύση της επιφάνειας και την γωνία πρόσπτωσης.

17 Αλληλεπίδραση Ιόντος Επιφάνειας

18 Sputtering Yield (Απόδοση) S= Αριθµός επιφανειακών ατόµων που αποµακρύνονται Αριθµός ιόντων που προσπίπτουν Η διαδικασία κατά την οποία ένα ιόν που προσπίπτει στην επιφάνεια ενός στερεού και δηµιουργεί µια σειρά από γεγονότα κρούσεων που οδηγούν στην εκτόξευση ενός ατόµου ονοµάζεται sputtering. Για αυτή την διαδικασία µπορεί να ορισθεί σαν συντελεστής απόδοσης ( sputtering yield ) ο λόγος S των εκτοξευοµένων ατόµων προς τον αριθµό των ιόντων που προσπίπτουν. Οι ενέργειες των ιόντων που υπάρχουν σε ένα σύστηµα ιονοβολής είναι µικρότερες από 10keV. Σε αυτή την περιοχή ενεργειών οι συγκρούσεις µεταξύ των ατόµων και ιόντων µπορούν να θεωρηθούν σαν κρούσεις µεταξύ «σκληρών σφαιρών».

19 Sputtering Yield (Απόδοση) 3α = π 4m m S E ( m m ) Eb (άτοµα/ιόν) Ο συντελεστής S εξαρτάται από τον λόγο των µαζών του ιόντος προς αυτήν του στερεού (λόγος που όπως είδαµε επεισέρχεται µέσω της συνάρτησης µεταφοράς ενέργειας), αλλά και την απαιτούµενη ενέργεια κατωφλίου για εκτόπιση ενός ατόµου, την ενέργεια δέσµευσης ενός ατόµου E B, τον αριθµό των ατόµων ανά µονάδα επιφανείας και την ενεργό τους διατοµή.

20 Sputtering Yield (Απόδοση)

21 Sputtering Yield (Απόδοση) Για σχετικά ελαφρά άτοµα όπως Fe έχουµε µέγιστη απόδοση όταν χρησιµοποιούµε Ar σαν αέριο της διαδικασίας εναπόθεσης (sputtering gas) για βαρύτερα όπως Pt το Xe δίνει καλύτερα αποτελέσµατα.

22 Sputtering κραµάτων Όταν κράµα Α-Β µε σύστασηc A :C B χρησιµοποιείται σαν στόχος και υπάρχει διαφορά στην απόδοση sputtering S A,S B για τα δυο συστατικά του Ο λόγοι των ρυθµών «εξάχωσης» είναι Μετά από την πρόσκρουση n g ιόντων η σύσταση έχει µεταβληθεί σε Λόγω του επιλεκτικού sputtering δηµιουργείται στην επιφάνεια του στόχου περίσσια από το συστατικό που «εξαχνώνεται» πιο δύσκολα µε αποτέλεσµα η στοιχειοµετρία να αυτορυθµίζεται. Στην επιφάνεια του στόχου η στοιχειοµετρία είναι ίση µε: C C A = B C C A B S S B A

23 RF/DC sputtering

24 RF sputtering Για την εναπόθεση µονωτικών υλικών χρησιµοποιείται εναλλασσόµενη τροφοδοσία ραδισυχνότητας (RF) 13.56Hz. Εάν χρησιµοποιηθεί µονωτής ως κάθοδος σε σύστηµα εκκένωσης αίγλης, σύντοµα φορτίζεται από τα προσπίτοντα ιόντα και το φαινόµενο διακόπτεται. Το δυναµικό που αναπτύσσεται στην επιφάνεια του µονωτή θα είναι τέτοιο ώστε η ροή θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων να είναι ίσες ανεξάρτητα από την τάση που εφαρµόζουµε. Ο χρόνος που χρειάζεται το ηλεκτρόδιο να φορτιστεί είναι της τάξης του µsec. Για συχνότητες λοιπόν πολύ µικρότερες του MHz θα έχουµε µια σειρά από βραχύχρονες εκκενώσεις µε τα δύο ηλεκτρόδια σε εναλλασσόµενους ρόλους ανόδου-καθόδου. Σε υψηλές όµως συχνότητες λόγω της µεγαλύτερης ευκινησίας των ηλεκτρονίων και τα δύο ηλεκτρόδια αποκτούν αρνητικό δυναµικό. Αν τώρα τα δύο ηλεκτρόδια έχουν διαφορετικό εµβαδόν η πυκνότητα ρεύµατος στο µικρότερο θα είναι µεγαλύτερη και µε παρεµβολή ενός πυκνωτή µπορούµε να έχουµε διαφορά δυναµικού µεταξύ τους. Στην πράξη χρησιµοποιείται σύστηµα πυκνωτών ώστε η εµπέδηση του φορτίου να είναι ίση µε την εµπέδηση της rf τροφοδοσίας (impedance matching). Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται η κατανάλωση της ισχύος στην διαδικασία της εκκένωσης και προστατεύονται τα υπόλοιπα στοιχεία του κυκλώµατος. Η εκκένωση ραδιοσυχνότητας µπορεί να συντηρηθεί σε µικρότερες πιέσεις από την αντίστοιχη συνεχούς λόγω της υψηλότερης ιονιστικής της ικανότητας. Αυτό οφείλεται στο ότι τα ηλεκτρόνια που ταλαντώνονται στο πεδίο µπορούν να αποκτήσουν αρκετή ενέργεια ώστε να προκαλέσουν ιονισµό του πλάσµατος. Η επιλογή της συγκεκριµένης συχνότητας MHz οφείλεται σε διεθνείς κανονισµούς για την αποφυγή παρεµβολών στις τηλεπικοινωνίες.

25 RF sputtering

26 Κίνηση φορτισµένου σωµατίου σε µαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο ( E υ B) F = q

27 έσµη ηλεκτρονίων σε µαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο ( E υ B) F = q

28 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης (Magnetron sputtering). Αρχή λειτουργίας Όσο η πίεση χαµηλώνει η ελεύθερη διαδροµή και ειδικότερα η ελεύθερη διαδροµή πριν το ηλεκτρόνιο κάνει ιονιστική κρούση αυξάνεται. Έτσι τα ηλεκτρόνια παράγονται µακριά από την κάθοδο και η πιθανότητα να χαθούν από την διαδικασία της εκκένωσης, πέφτοντας στα τοιχώµατα, είναι µεγάλη. Για αυτό τον λόγω είναι δύσκολο να διατηρηθεί µια εκκένωση αίγλης σε πίεση κάτω από 10mTorr. Στην µαγνητικά υποστηριζόµενη εκκένωση αίγλης χρησιµοποιείται µαγνητικό πεδίο ώστε τα ηλεκτρόνια να παγιδεύονται στην περιοχή κοντά στην κάθοδο. Με αυτόν τον τρόπο µπορούµε να διατηρήσουµε την διαδικασία της εκκένωσης αίγλης σε πολύ µικρότερες πιέσεις, να επιτύχουµε πολύ µεγαλύτερους ρυθµούς εναπόθεσης και να αποφύγουµε τον ανεπιθύµητο βοµβαρδισµό του υποστρώµατος από ηλεκτρόνια.

29 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης (Magnetron sputtering). Αρχή λειτουργίας Σε κάθετα µαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο παίρνουµε µια συνιστώσα της ταχύτητας κάθετη στα Ε και Β που ονοµάζεται ολίσθηση Ε Β, v=e/b που µπορεί να χρησιµοποιηθεί στο να παγιδεύσει τα ηλεκτρόνια σε κυκλοειδή τροχιά κοντά στην κάθοδο ακτίνας qe/mω 2 (όπου ω η κυκλοτρονική συχνότητα ω=qb/m) αυξάνοντας την ιονιστική τους ικανότητα.

30 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης (Magnetron sputtering). Αρχή λειτουργίας Όπως φαίνεται στο σχήµα το µαγνητικό πεδίο παράγεται από µόνιµους µαγνήτες σε τέτοια διάταξη ώστε να υπάρχει τουλάχιστον µια περιοχή µπροστά στην επιφάνεια της καθόδου στην οποία ο γεωµετρικός τρόπος των σηµείων όπου το µαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στο ηλεκτρικό να σχηµατίζει κλειστή γραµµή. Με αυτόν τον τρόπο το ρεύµα ολισθήσεως των ηλεκτρονίων κλείνει στον εαυτό του και τα ηλεκτρόνια παγιδεύονται στην περιοχή κοντά στην κάθοδο.

31 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης: Μη ισοσταθµισµένα (unbalanced) magnetrons Παρατηρούµε ότιοιµαγνήτες στο κέντρο είναι τοποθετηµένοι σε ανάστροφη πολικότητα από αυτούς στην περιφέρεια. Συνήθως η µαγνητική ροή στο κέντρο είναι διαφορετική από αυτή στην περιφέρεια. Τότε έχουµε το λεγόµενο µηισοσταθµισµένο (unbalanced) magnetron που έχει επίπτωση στις τροχιές των ηλεκτρονίων στο πλάσµα και συνεπώς και στον βοµβαρδισµό του υποστρώµατος από φορτισµένα σωµατίδια µε αποτέλεσµα ισοδύναµο της επιβολής δυναµικού στο υπόστρωµα (substrate bias). Για παράδειγµα όταν η µαγνητική ροή στο κέντρο είναι µεγαλύτερη η επιπλέον µαγνητική ροή που διαφεύγει εστιάζει τα ηλεκτρόνια κατά µήκος του άξονα της καθόδου αυξάνει τον βοµβαρδισµό του υποστρώµατος µε αρνητικά ιόντα και δηµιουργεί ορατή φωτεινή περιοχή (που δεν πρέπει να συγχέεται µε την τροχιά των ατόµων που φεύγουν από τον στόχο).

32 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης: Μη ισοσταθµισµένα magnetrons

33 Μαγνητικά υποβοηθούµενη εκκένωση αίγλης: Χαρακτηριστικά Στην περιοχή του στόχου που έχουµε µεγαλύτερη πυκνότητα ηλεκτρονίων έχουµε και µεγαλύτερο ρυθµό ιονοβολής. Αυτό αποτελεί και µειονέκτηµα του magnetron sputtering, µια και ο στόχος αναλίσκεται τοπικά σε δακτυλιοειδή περιοχή (erosion track, trench) και αχρηστεύεται, ενώ έχει χρησιµοποιηθεί ένα µόνο µικρό µέρος από το υλικό που τον αποτελεί. Με κατάλληλο σχεδιασµό των µαγνητών µπορεί να αυξηθεί το ποσοστό χρήσης του υλικού αλλά αυτό βέβαια πρέπει να γίνει λαµβάνοντας υπόψη και την επιθυµητή ισοστάθµιση. Το πάχος της εναποθέσεως µπορεί να υπολογισθεί ολοκληρώνοντας σε όλη την επιφάνεια του στόχου µε βάση νόµο συνηµιτόνου και παράγοντα σταθµίσεως που λαµβάνει υπόψη την ανοµοιόµορφη ανάλωση του στόχου στα διάφορα σηµεία. Ειδικά διαµορφωµένες πηγές σε µεγάλες διαστάσεις (πχ. επιµήκεις) µπορούν κατασκευαστούν για βιοµηχανική χρήση

34 Υβριδικές Μέθοδοι Reactive Evaporation

35 Ion Plating & IBAD Ion-Plating Negative Bias 2-5 kv Μέχρι να σχηµατισθεί η διεπιφάνεια F-S Πρόσφυση Κάλυψη βήµατος Ion-Beam-Assisted (Kaufman-Ion-Source)

36 Ion Plating & IBAD Κατά την διαδικασία αυτή η εξάχνωση γίνεται κατά τον συνήθη τρόπο αλλά το υπόστρωµα υπόκειται σε ροή υψηλής ενέργεια ιόντων που προκαλούν sputtering στο ίδιο το υλικό του υποστρώµατος πριν ή και κατά την διάρκεια της εναπόθεσης. Πριν της εναπόθεση το υπόστρωµα πολώνεται αρνητικά σε τάση 2 έως 5 kv και υπόκειται σε βοµβαρδισµό από ιόντα ευγενούς αερίου για αρκετό χρόνο ώστε να καθαρισθεί η επιφάνεια του. Μετά ξεκινάει η διαδικασία εναπόθεσης από την πηγή εξάχνωσης χωρίς να διακοπεί η προηγούµενη διαδικασία της οποίας ο ρυθµός sputtering πρέπει προφανώς να είναι µικρότερος από αυτόν της αποδόµησης λόγω του βοµβαρδισµού από τα ιόντα ευγενούς αερίου. Μόλις σχηµατισθεί η διεπιφάνεια µεταξύ του υµενίου και του υποστρώµατος ο βοµβαρδισµός µπορεί να διακοπεί ή και να συνεχισθεί. Σαν αποτέλεσµα έχουµε καλύτερη πρόσφυση του υµενίου στο υπόστρωµα και µεγαλύτερη ενέργεια των ατόµων στην επιφάνεια του υποστρώµατος ώστε να επιτυγχάνεται καλύτερη κάλυψη βήµατος πέρα από την «γραµµή οπτικής επαφής» ( line-of-sight ).

37 Γενικευµένος Νόµος συνηµίτονου dm da S S = M e ( 1 n) cos 2 2πr n ϕ cosϑ