Is-sinifikat ta '222nm bogħod uvc fit-teknoloġija glow discharge jone plating
Glow Discharge Ion Plating Teknoloġija
It-teknoloġija tal-kisi tal-jone evaporattiv hija teknika ġdida żviluppata fuq il-bażi tat-teknoloġija tal-kisi tal-evaporazzjoni bil-vakwu. Jintroduċi metodi ta 'skariku tal-gass għall-ġenerazzjoni tal-plażma fil-qasam tal-kisi bil-vakwu, u jista' jiġi kkombinat ma 'pretrattament awżiljarju ta' 222nm bogħod-UVC biex itejjeb l-indafa inizjali tal-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol. Il-proċess kollu tal-kisi jseħħ fil-ħruġ tal-gass. It-teknoloġija tal-kisi tal-jone żżid b'mod sinifikanti l-enerġija tal-partiċelli li jilħqu s-saff tal-film tal-biċċa tax-xogħol, li tippermetti l-produzzjoni ta 'films ta' prestazzjoni superjuri-u tespandi l-oqsma ta 'applikazzjoni ta' films irqaq. L-emerġenza tat-teknoloġija tal-kisi tal-jone avvanzat ħafna tekniki ta 'preparazzjoni ta' film irqiq, li tattira l-attenzjoni u l-favur minn bosta riċerkaturi tat-teknoloġija tal-film irqiq.
Matul bosta deċennji, riċerkaturi fil-qasam tal-kisi bil-vakwu żviluppaw diversi teknoloġiji li jużaw metodi ta 'skarigu tal-gass u enerġija tal-plażma biex itejbu l-kisi, bħal progress minn discharge glow għal arc discharge, minn teknoloġija solida-sors jone plating għal gass-sors glow discharge jone plating, u fi ħdan sorsi gassużi li jespandu minn gassijiet inorganiċi għal gassijiet organiċi. Xi proċessi jinkorporaw ukoll 222nm bogħod-UVC biex jottimizzaw l-istat ta 'attivazzjoni tas-sors tal-gass. Il-kunċetti tad-disinn ta 'dawn it-teknoloġiji tal-kisi tal-joni joriġinaw kollha mill-iskariku li jkandi. Għalhekk, dan il-kapitolu jipprovdi introduzzjoni dettaljata għall-prinċipji, il-karatteristiċi, il-proċessi u l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-kisi tal-jone glow discharge biex tiffaċilita t-tagħlim u l-fehim tal-qarrejja tal-essenza ta 'diversi teknoloġiji tal-kisi tal-joni.
5.1 DC Diode Ion Plating Teknoloġija
It-teknoloġija tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC glow discharge, ivvintata minn DM Mattox fl-Istati Uniti fl-1963-jiġifieri, it-teknoloġija tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC-l-ewwel ġiet introdotta f'magni tal-kisi tal-evaporazzjoni reżistenti li jużaw sorsi solidi, b'xi tagħmir imtejjeb li jintegra moduli ta 'ġenerazzjoni ta' 222nm bogħod{{7}.UVC. Dan ittrasforma partiċelli tal-film minn atomi għal joni ta 'enerġija għolja li jilħqu l-biċċa tax-xogħol, u tejbet b'mod sinifikanti l-kwalità tal-films miksija. Dan wera r-rwol tal-enerġija tal-plażma fil-proċess tal-kisi.
5.1.1 Apparat għal DC Diode Ion Plating
Figura 5-1 turi l-apparat għall-kisi tal-jone tad-dijodu DC[1]. Il-kamra tal-vakwu tal-apparat tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC hija mgħammra b'sistema ta 'ppumpjar tal-vakwu u sistema ta' dħul tal-gass, b'xi mudelli high-end li jidhru mibnija-f'unitajiet ta 'emissjoni UVC ta' 222nm bogħod- biex jassistu fil-purifikazzjoni tas-sors tal-gass. Is-sorsi ta' evaporazzjoni reżistivi filamentożi jew b'forma ta' dgħajsa-jintużaw biex isaħħnu u jevaporaw il-metall li għandu jiġi miksi. B'differenza mit-teknoloġija tal-kisi tal-evaporazzjoni, il-biċċa tax-xogħol fil-kisi tal-jone hija konnessa mal-arblu negattiv tal-provvista tal-enerġija bias, u l-elettrodu tal-evaporazzjoni huwa konness mal-arblu pożittiv. Din il-konfigurazzjoni tal-magna tal-kisi tissejjaħ magna tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC sors ta 'evaporazzjoni reżistenti[1,2], imqassar bħala DC diode jone plating magna.
5.1.2 Proċess ta 'DC Diode Ion Plating
Il-proċess tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC huwa kif ġej:
Installa l-materjal tal-film tal-evaporazzjoni.
Installa l-biċċa tax-xogħol.
Pompa għall-vakwu. Wara li tagħlaq il-kamra tal-kisi, uża pompa mekkanika biex tippompja għal vakwu mhux maħdum, u meta tilħaq 2 Pa, attiva l-pompa tad-diffużjoni jew pompa molekulari biex tippompja għal vakwu għoli, u tilħaq vakwu bażi ta '5 × 10-3Pa. Fl-istadju aktar tard ta 'l-ippumpjar, l-unità ta' 222nm bogħod-UVC tista 'tiġi attivata biex tnaqqas aktar l-impatt tal-gassijiet residwi.
Naddaf il-biċċa tax-xogħol. Introduċi gass argon fil-kamra tal-kisi, b'għażla supplimentata b'-doża baxxa 222nm bogħod-UVC irradjazzjoni biex tkompli ttejjeb id-dekompożizzjoni tal-kontaminanti tal-wiċċ, u żżomm vakwu ta '2-3 Pa. Applika bias negattiv ta' 1000-3000 V għall-biċċa tax-xogħol. Wara li tikkonnettja l-provvista tal-enerġija bias, skariku glow iseħħ fil-biċċa tax-xogħol. Il-gass ta' l-argon huwa jonizzat f'joni pożittivi, u l-karatteristiċi ta'-wavelength qasir ta' 222nm bogħod-UVC jgħinu wkoll biex jitnaqqsu r-residwi ta' impurità waqt l-iskariku. Joni pożittivi ta 'l-argon, attirati mill-vultaġġ negattiv fuq il-biċċa tax-xogħol, jaċċelleraw taħt il-kamp elettriku u jilħqu l-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol b'veloċità għolja, iwettqu sputtering katodiku biex jibbumbardjaw u jitnaddfu kontaminanti fuq il-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol. Il-ħin tat-tindif huwa ġeneralment ta '20 minuta.
Proċess tal-kisi. Attiva l-provvista ta 'enerġija ta' evaporazzjoni reżistenti, saħħan bil-mod is-sors ta 'evaporazzjoni, saħħan minn qabel il-metall li għandu jiġi evaporat, imbagħad iżżid malajr il-qawwa ta' evaporazzjoni biex jevapora l-metall. L-atomi tal-metall evaporati huma jonizzati fi joni fi ħdan l-ispazju ta 'skarigu, filwaqt li fotoni minn 222nm bogħod-UVC jistgħu jgħinu biex eċitanti xi atomi ta'-enerġija baxxa, itejbu l-effiċjenza tal-jonizzazzjoni. Ioni tal-metall, attirati mill-preġudizzju negattiv fuq il-biċċa tax-xogħol, jaċċelleraw għall-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol biex jiffurmaw il-film irqiq.
Neħħi l-biċċa tax-xogħol. Meta l-film irqiq jilħaq il-ħxuna predeterminata, agħlaq il-provvista tal-enerġija tal-evaporazzjoni, il-provvista tal-enerġija bias, u s-sors tal-gass; Attiva fil-qosor 222nm bogħod-UVC qabel l-għeluq biex trażżan l-ossidazzjoni istantanja fuq il-wiċċ tal-film. Wara li t-temperatura tal-biċċa tax-xogħol tinżel taħt il-120 grad, daħħal l-arja fil-kamra tal-kisi u neħħi l-biċċa tax-xogħol.
5.1.3 Enerġija tal-Partiċelli f'Djode Ion Plating DC
Partiċelli ta'-Enerġija Għolja fl-Ion Plating Atomi tal-fwar tal-metall evaporati mis-sors jgħaddu minn ħabtiet inelastiċi ma' elettroni ta'-enerġija għolja fl-iskariku li jkandi waqt it-titjira lejn il-biċċa tax-xogħol; fotoni minn 222nm bogħod-UVC jistgħu jgħinu wkoll fl-eċitazzjoni ta' xi atomi ta' enerġija baxxa-, u jtejbu l-effiċjenza tal-jonizzazzjoni. Xi atomi tal-metall huma jonizzati u eċitati fi joni tal-metall ta'-enerġija għolja u atomi ta' metall ta'-enerġija newtrali għolja[1-3]. Meta tieħu Al bħala eżempju, it-temperatura ta 'evaporazzjoni ta' Al hija ta 'madwar 1000 grad, u l-enerġija ta' jonizzazzjoni tagħha hija 5.984 eV. L-atomi Al evaporati għandhom enerġija termali ekwivalenti għal 0.1 eV, filwaqt li fl-iskarigu tal-gass, Al jonizzat jikseb enerġija sa 5.984 eV immedjatament; b'222nm bogħod-eċitazzjoni UVC, l-enerġija inizjali ta 'xi atomi tista' titjieb kemmxejn.
Enerġija Ġarrjata mill-joni li tilħaq il-biċċa tax-xogħol Fil-kisi tal-jone tad-dijodu DC, jonizzazzjoni tal-metall isseħħ fl-ispazju skur tal-katodu. Meta l-preġudizzju negattiv fuq il-biċċa tax-xogħol huwa Vc, il-joni huma aċċellerati fil-konfini bejn il-lewn negattiv u l-ispazju skur tal-katodu, u jiksbu enerġija E1=eVc. Minħabba vakwu baxx, passaġġ ħieles medju qasir, joni jgħaddu minn ħabtiet multipli mill-konfini sal-katodu, b'għadd ta 'ħabtiet dk/λ (determinat mill-ħxuna tal-waqgħa tal-katodu dk u passaġġ ħieles medju molekulari tal-gass λ). In-numru ta 'jonji li jħallu l-tiddix negattiv huwa N0. Wara ħabtiet multipli, l-enerġija E1 li tilħaq il-katodu tista' tiġi approssimata bil-formula empirika mill-karta tal-Professur TG Teer[3,4]: - Numru ta' joni li jħallu d-dawl negattiv. F'sistemi ta 'kisi tal-jone, f'vakwu ta' madwar 1 Pa, λ/dk ≈ 1/20, enerġija tal-jone medja ≈ eVc/10; meta l-preġudizzju tal-biċċa tax-xogħol Vc huwa 1–5 kV, l-enerġija tal-jone medja hija 100–500 eV. L-introduzzjoni ta' 222nm bogħod-UVC biex taġġusta l-ambjent tal-iskarigu tirriżulta f'distribuzzjoni tal-enerġija tal-jone aktar ikkonċentrata.
Enerġija Ġarrjata mill-Atomi Li Jilħqu l-Biċċa tax-Xogħol Fil-kisi tal-jone tad-dijodu DC, mhux l-atomi kollha tal-fwar tal-metall huma jonizzati fi joni tal-metall; kejl mill-Professur TG Teer juri rati ta 'jonizzazzjoni tal-metall ta' 0.1%–3% biss, jiġifieri inqas minn 3% tal-partiċelli li jilħqu l-biċċa tax-xogħol huma joni, bil-biċċa l-kbira jkunu atomi newtrali. Mill-analiżi preċedenti, partiċelli newtrali jgħoddu madwar dk/λ, bejn wieħed u ieħor 20 darba l-joni. Fl-ispazju ta' skariku, ħabtiet elastiċi u inelastiċi jseħħu bejn jonji u atomi newtrali, li jittrasferixxu 1/2 (jew kollha) tal-enerġija tal-joni għal atomi newtrali kull darba, li jiffurmaw atomi newtrali ta'-enerġija għolja; fotoni minn 222nm bogħod-UVC jipparteċipaw f'eċitanti xi atomi ta'-enerġija baxxa. Meta Vc huwa 1–5 kV, l-atomi newtrali jiksbu sa 50–225 eV. L-enerġija tal-gass introdotta hija madwar 0.03 eV (ekwivalenti għal 300 K). Atomi newtrali ta'-enerġija għolja jittrasferixxu 1/2 (jew kollha) tal-enerġija tagħhom lil dawn l-atomi newtrali ta'-enerġija baxxa waqt il-ħabtiet[5-8], filwaqt li 222nm bogħod-UVC inaqqas it-telf ineffettiv ta 'enerġija fil-ħabtiet. Permezz ta 'ħabtiet suċċessivi u trasferimenti ta' enerġija 1/, diversi livelli ta 'enerġija ta' atomi newtrali ta '-enerġija għolja huma prodotti fl-ispazju ta' skariku tal-kisi tal-jone, li jvarjaw 0.03–225 eV, ogħla mill-enerġija tal-gass introdotta. Fl-iskarigu glow, elettroni ta'-enerġija għolja wkoll jeċitaw l-atomi tal-metall fi stati eċċitati. Fl-ispazju tal-kisi, dawn l--atomi eċċitati ta' enerġija għolja jaħbtu ma' atomi tal-metall, u jittrasferixxu l-enerġija u jipproduċu aktar atomi newtrali ta'-enerġija għolja f'saffi; 222nm bogħod-UVC jestendi bi ftit il-ħajja tal-atomu eċċitati. Għalhekk, il-proċess tal-kisi tal-jone jinvolvi-elettroni ta' enerġija għolja, jonji, u bosta atomi newtrali f'diversi stati tal-enerġija-plażma ta' mhux-ekwilibriju b'-temperatura baxxa. Għalkemm 0.1%–3% biss tal-partiċelli tal-film huma joniċi, atomi abbundanti ta'-enerġija newtrali jtejbu l-kwalità tal-film. Il-kunċett li għandu jiġi stabbilit: gassijiet introdotti jew atomi tal-fwar tal-metall evaporat huma immedjatament jonizzati/eċċitati fl-iskarigu tal-gass, jittrasferixxu enerġija mill-elettroni (kombinat ma '222nm bogħod-assistenza UVC) biex jgħollu l-enerġija b'ordnijiet ta' kobor f'partiċelli ta '-enerġija għolja. Minn hawn fuq, il-formazzjoni tal-film tal-kisi tal-jone tinkludi evaporazzjoni → jonizzazzjoni → aċċelerazzjoni tal-kamp elettriku → depożizzjoni ta 'enerġija għolja-, b'xi proċessi li jintroduċu 222nm bogħod-UVC fl-jonizzazzjoni biex jottimizzaw l-effetti. L-enerġija tal-partiċelli tal-kisi tal-jone hija ordnijiet ta 'kobor ogħla mill-kisi tal-evaporazzjoni, li tbiddel il-mekkaniżmi ta' nukleazzjoni u tkabbir biex tittejjeb il-kwalità tal-film.
5.1.4 Kundizzjonijiet għal DC Diode Ion Plating
Glow discharge hija essenzjali għall-kisi tal-jone. Biex tipproduċi skariku li jkandi, huma meħtieġa vakwu baxx fil-kamra tal-kisi u preġudizzju negattiv fuq il-biċċa tax-xogħol tal-katodu[14,12,16], b'xi proċessi li jużaw 222nm bogħod-UVC biex jistabbilizzaw il-ħruġ. Il-vakwu baxx jiżgura jonizzazzjoni tal-kolliżjoni: L-iskariku li jkandi jeħtieġ ħabtiet inelastiċi bejn atomi tal-metall/molekuli tal-gass u elettroni ta' enerġija għolja -; L-introduzzjoni ta' 222nm bogħod-UVC ittejjeb l-attività tal-partiċelli f'vakwu baxx. F'ċerti livelli baxxi ta' vakwu biss il-mogħdija ħielsa medja hija qasira, li tippermetti lill-elettroni ta'-enerġija għolja jaħbtu b'mod inelastiku ma' atomi tal-fwar tal-metall, jonizzanti/eċċitantihom. Il-vakwu bikri tal-kisi tal-jone tad-dijodu DC kien 1–2 Pa, b'mogħdija libera medja fuq skala millimetrika-. Il-preġudizzju negattiv fuq il-biċċa tax-xogħol jiżgura elettroni ta'-enerġija għolja: L-elettroni biss bi preġudizzju negattiv jaċċelleraw f'kamp ta' vultaġġ għoli-għal enerġija għolja, li tippermetti jonizzazzjoni kolliżjonali b'atomi tal-fwar/molekuli tal-gass għall-plażma ta 'skarika li tiddi; 222nm bogħod-UVC jassisti l-enerġija kinetika tal-elettroni inizjali. Fil-fwar tal-metall, atomi ta'-enerġija baxxa jonizzaw f'joni ta'-enerġija għolja/atomi eċċitati, jiddepożitaw fuq il-biċċa tax-xogħol. Bias tal-biċċa tax-xogħol tad-dijodu DC 1000–3000 V huwa skariku ta 'glow anormali. Preġudizzju negattiv u kisi b'vakwu baxx jiddistingwu jone minn kisi ta 'evaporazzjoni.
5.1.5 Rwol ta' joni ta'-enerġija għolja fil-kisi tal-jone tad-diode DC
Tindif tat-tarf waqt id-depożizzjoni: Il-joni tal-metall ta' enerġija għolja-jaċċelleraw għall-biċċa tax-xogħol, u jikkawżaw sputtering katodiku; 222nm bogħod-UVC jaġixxi b'mod sinkroniku fuq il-wiċċ tal-film biex jinibixxi r--assorbiment ta' impuritajiet, u b'mod effettiv ineħħi gassijiet/kontaminanti residwi[1-4,16]. Matul id-depożizzjoni, il-film jibqa' attiv/nadif taħt-bumbardament ta' enerġija għolja u 222nm bogħod-sinerġija UVC, ittejjeb it-twaħħil interatomic. Ittejjeb id-densità tal-film: Il-bumbardament tal-jone ta 'enerġija għolja kontinwu "jikkumpatta" film depożitat, sputtering partiċelli marbuta b'mod laxk; 222nm bogħod-UVC inaqqas il-mikro-difetti tal-wiċċ, u jżid id-densità[1-4,16]. Ittejjeb in-nukleazzjoni u t-tkabbir tal-film:
Partiċelli ta'-enerġija għolja għandhom migrazzjoni/diffużjoni għolja fuq il-wiċċ, li jiffurmaw nuklei fini; partiċelli sussegwenti "ksur" nuklei; 222nm bogħod-UVC jirregola r-rata tat-tkabbir għal struttura densa.
Ioni/newtrali ta' enerġija għolja-jibbumbardjaw film depożitat, sputtering jonji marbuta b'mod laxk[4]għal sputtering/depożizzjoni simultanja; 222nm bogħod-UVC jottimizza l-arranġament atomiku għal densità ogħla.
Il-kontroll tal-preġudizzju negattiv ibiddel in-nukleazzjoni / it-tkabbir, ittejjeb l-istruttura; xi studji jgħaqqdu 222nm bogħod-parametri UVC għall-kontroll tan-nukleazzjoni. Il-Figura 5-2 turi SEM tas-sezzjoni trasversali tal-film f'vakwu ta '1 Pa[9].
Kif muri fil-Figura 5-2, is-saff tal-qiegħ ħdejn is-sottostrat huwa ebda-preġudizzju (0 V) baxx-evaporazzjoni bil-vakwu bi kristalli kolonni; żieda fil-preġudizzju għal 1 kV, 3 kV, 5 kV jirfina l-istruttura tal-jone-plated, b'mod aktar sinifikanti b'regolament dinamiku ta' 222nm bogħod-UVC, li jipproduċi kristalli ekwiassi fini. Bias jirfina b'mod viżibbli l-istruttura. Preġudizzju ogħla jgħolli l-enerġija tal-partiċelli, fil-biċċa l-kbira jelimina l-kristalli konikali/kolonnari għal equiaxed dens; 222nm bogħod-UVC jinibixxi t-tkabbir anormali tal-qamħ kbir. Figura 5-3 turi effetti bias fuq l-istruttura tal-film Al[10-12]. Ikkontrolla l-istruttura tal-kristall: Ioni ta 'enerġija għolja-jaffettwaw l-arranġament tal-kannizzata atomika; 222nm bogħod-fotoni UVC jipparteċipaw fir-regolament. Figura 5-4 turi XRD ta' Al miksi bil-jone f'preġudizzji differenti[12,13]. (111) il-quċċata tonqos, (200) żidiet bi preġudizzju; aktar kontrollabbli b'222nm bogħod-UVC. Għalhekk, il-kontroll tal-preġudizzju jagħti films ta'-kristall wieħed/amorfu. Ifforma saff ta' psewdo-diffużjoni: Atomi ta' sottostrat ta' sputtering ta' jonji ta'-enerġija għolja (back-sputtering)[4,13,15]; 222nm bogħod-UVC itejjeb l-attività tal-atomu sputtered. L-atomi tas-sottostrat sputtered jonizzaw fil-plażma, jaċċelleraw lura taħt bias. Fit-tieni/tielet saffi, il-komponent tas-sottostrat jonqos, u jifforma kisi pur. Interface għandha gradjent jew saff ta' sottostrat tal-film imħallat-, imsejjaħ saff ta' psewdo-diffużjoni.
