Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Том 1 - Гоулдстей Дж.
Скачать (прямая ссылка):
рельефом поверхности перед анализом в режимах рентгеновского
микроанализа, катодолюминесценции и отраженных электронов. Однако в общем
случае полезность этого способа для образцов, предназначенных для анализа
в РЭМ, сомнительна, в частности, потому, что коэффициент вторичной
эмиссии для углерода очень мал. Несомненно, что многократное рассеяние и
поверхностная диффузия углерода позволяют с большей эффективностью
наносить покрытие на шероховатые образцы, и по этой причине этот метод
целесообразно применять в тех случаях, когда нельзя наносить покрытие
катодным распылением.
198
Глава 10
10.3. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ
Хотя способ нанесения покрытия с помощью катодного распыления был
известен давно, только недавно он стал более широко использоваться для
получения тонких пленок. В процессе распыления высокоэнергетический ион
или нейтральный атом бомбардирует поверхность мишени и передает свой
импульс атомам на расстояние в несколько нанометров. Некоторые атомы
получают при соударении энергию, достаточную для разрыва связей с
ближайшими соседями, и выбиваются из узлов решетки. Если переданная им
скорость достаточна, они выходят за пределы твердого тела [289].
Тлеющий разряд, в котором обычно идет покрытие при катодном распылении,
возникает при испускании электронов из отрицательно заряженной мишени.
Под действием приложенного напряжения электрон, ускоряясь, движется к
положительному аноду и может столкнуться с молекулами газа, оставляя на
своем пути ионы и избыточные свободные электроны. Тлеющий разряд
располагается на некотором расстоянии от мишени. Положительные ионы
движутся затем к мишени, находящейся под отрицательным потенциалом, и
вызывают ее распыление. При высоких значениях ускоряющего напряжения
бомбардирующий ион освобождает много электронов, которые имеют энергию,
достаточную для повреждения непрочной мишени.
На скорость осаждения влияет несколько факторов. Коэффициент распыления
медленно увеличивается с энергией бомбардирующих ионов газа (рис. 10.8).
Плотность тока влияет на количество ионов, бомбардирующих мишень,
сильнее, чем напряжение, и, следовательно, является более важным
параметром, определяющим скорость осаждения (рис. 10.9). Изменение
подводимой мощности может оказать решающее влияние на свойства и состав
распыленных пленок, например, при увели-
Энергид бомбардирующих ионов аргона , кэВ
Рис. 10.8. Относительный коэффициент распыления некоторых металлов в
зависимости от энергии бомбардирующих ионов аргона.
Методы нанесения покрытий
199
ки в зависимости от тока и напря- напряжение при распылении кВ
жения при распылении.
чении мощности алюминиевые пленки становятся более гладкими и содержат
меньшее количество окисленных частиц. При увеличении давления в
распылительной системе плотность ионов тоже растет. При величинах
давления от 3 до 20 Па наблюдается линейный рост тока и, следовательно,
скорости распыления. Но из-за того, что при более высоких давлениях
повышается тенденция к возвращению на мишень распыленного материала,
обычно используются промежуточные величины давлений- от 3 до 10 Па.
Наличие примесей в бомбардирующем газе может заметно уменьшать скорость
осаждения. Такие газы, как С02 и Н20, в тлеющем разряде разлагаются с
образованием 02, а присутствие этого газа может уменьшить скорость
осаждения вдвое. Скорость осаждения уменьшается с увеличением температуры
образца, хотя это явление может быть нехарактерным для покрытия катодным
распылением. Наконец, скорость осаждения тем выше, чем ближе расположена
мишень к образцу, однако при этом увеличивается также тепловая нагрузка
на образец. Распыленные частицы попадают на поверхность подложки с
высокими кинетическими энергиями в виде либо атомов, либо кластеров
атомов, но не в виде пара. Имеются данные о том, что распыляемые атомы
обладают энергией, достаточной для того, чтобы проникнуть на один или два
атомных слоя поверхности, на которой они оседают.
Существует несколько различных способов реализации процесса катодного
распыления, включающих распыление ионным пучком, плазменное распыление,
радиочастотное распыление, триодное, диодное (при постоянном токе)
распыление и диодное распыление с охлаждением. В настоящее время для
нанесения покрытия на образцы для РЭМ и рентгеновского микроанализа
обычно используются лишь распыление ионным пучком, диодное распыление и
диодное распыление с охлаждением.
200
Глава 10
40.3.1. Распыление ионным пучком
Способ распыления ионным пучком показан на рис. 10.10, а. Инертный газ,
например аргон, ионизируется в холодном катодном разряде, и полученные
ионы ускоряются в ионной пушке до энергии 1-30 кэВ. Ионный пучок для
бомбардировки мишени можно создать либо с помощью коллимации, либо путем
фокусировки с помощью обычной системы линз. Высокоэнергетические ионы
бомбардируют атомы мишени и передают импульс при упругом столкновении, в
результате чего лежащие вблизи поверхности мишени атомы выходят из мишени
