172nm प्रकाश पर आवेशित कणों का प्रभाव
आवेशित कणों का प्रभाव
गैस डिस्चार्ज में, आवेशित कणों में आयन और इलेक्ट्रॉन शामिल होते हैं, जो विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत विपरीत इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ते हैं। निम्नलिखित कुछ महत्वपूर्ण प्रभावों पर चर्चा करता है जब आयन कैथोड तक पहुंचते हैं और इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंचते हैं^{2,3,7,10,12,14}।
3.7.1 आयनों का प्रभाव
जब आयन कैथोड सतह पर बमबारी करते हैं, तो भौतिक और रासायनिक घटनाओं की एक श्रृंखला घटित होती है। चित्र 3-28 कैथोड सतह^{10} पर आयन बमबारी द्वारा उत्पन्न विभिन्न प्रभावों को दर्शाता है। (चित्र 3-28 एनोटेशन: घटना आयन, न्यूट्रल, आयन प्रतिबिंब, सतह आकारिकी परिवर्तन, ताप, संरचनात्मक क्षति, क्रिस्टलीकरण परिवर्तन, आरोपण या प्रसार, माध्यमिक इलेक्ट्रॉन, बरमा इलेक्ट्रॉन, कैथोड चमक, ऑप्टिकल विकिरण, अधिशोषित गैसों का अवशोषण, थूकित गैसों का अवशोषण, थूके हुए परमाणुओं की वापसी)
सकारात्मक आयनों द्वारा उत्तेजित माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनकैथोड के आयन बमबारी से शुरू होने वाली माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया स्व-निरंतर निर्वहन को बनाए रखने के लिए एक आवश्यक शर्त है। द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों NeN_eNe की संख्या और आपतित आयनों की संख्या NiN_iNi का अनुपात, या द्वितीयक धारा iei_eie से कैथोड आयन धारा iii_iii का अनुपात, द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन गुणांक कहलाता है, जो कैथोड सामग्री, सकारात्मक आयनों के द्रव्यमान, उनकी आयनीकरण क्षमता और उनकी गतिज ऊर्जा पर निर्भर करता है। द्वितीयक इलेक्ट्रॉन केवल तभी उत्सर्जित हो सकते हैं जब आपतित आयनों की ऊर्जा कैथोड के कार्य फलन χ\\chiχ से अधिक हो जाती है, जिससे चमक निर्वहन स्वयं को बनाए रखने की अनुमति देता है।
आयन बमबारी कैथोड को गर्म करना When ions bombard the cathode, the majority of their energy (>60%) तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जिससे कैथोड का तापमान बढ़ जाता है। आयन नाइट्राइडिंग, आयन कार्बराइजिंग और प्लाज़्मा उन्नत रासायनिक वाष्प जमाव (पीईसीवीडी) जैसी प्रक्रियाओं में, वर्कपीस बाहरी ताप स्रोत के बिना केवल आयन बमबारी हीटिंग के माध्यम से आवश्यक तापमान तक पहुंच सकता है। आयन प्लेटिंग में, आयन बमबारी वर्कपीस का तापमान बढ़ाती है, फिल्म परमाणुओं के प्रसार को बढ़ावा देती है और कोटिंग की सूक्ष्म संरचना में सुधार करती है। कोटिंग से पहले प्रीट्रीटमेंट चरण में, सतह की सफाई के लिए कभी-कभी 172 एनएम यूवी लैंप का संयोजन में उपयोग किया जाता है; इसका मजबूत पराबैंगनी विकिरण सतह के दूषित पदार्थों को विघटित करता है, जिससे बाद के आयन बमबारी प्रभाव में वृद्धि होती है। स्पटर कोटिंग में, लक्ष्य कैथोड को प्रभावी शीतलन की आवश्यकता होती है; अन्यथा, लक्ष्य सामग्री विघटित हो सकती है या पिघल भी सकती है।
गैस आयनों के कारण कैथोड स्पटरिंगकैथोड स्पटरिंग उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें उच्च ऊर्जा आयन कैथोड पर बमबारी करते हैं, लक्ष्य परमाणुओं के साथ गति और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं, जिससे कैथोड सतह पर तटस्थ परमाणु या अणु बच जाते हैं।
(1) स्पटरिंग यील्डस्पटरिंग उपज एसएसएस द्वारा निरूपित प्रति घटना आयन में स्पटरिंग परमाणुओं की संख्या है। स्पटरिंग उपज बमबारी कण के प्रकार पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे ऊर्जा बढ़ती है, तांबे के लक्ष्य पर बमबारी करने वाली विभिन्न गैसों के लिए स्पटरिंग उपज एसएसएस बढ़ जाती है, जैसा चित्र 3-29^{10} में दिखाया गया है। चित्र 3-29 से, यह देखा जा सकता है कि आपतित आयनों की परमाणु संख्या जितनी अधिक होगी और ऊर्जा जितनी अधिक होगी, स्पटरिंग उपज उतनी ही अधिक होगी। आर्गन का उपयोग आमतौर पर कार्यशील गैस के रूप में किया जाता है, हालांकि नाइट्रोजन का उपयोग वर्कपीस बमबारी सफाई के लिए भी किया जा सकता है। कुछ परिदृश्यों में, गैस बमबारी के दौरान दूषित हस्तक्षेप को कम करने और स्पटरिंग एकरूपता में सुधार करने के लिए वर्कपीस की सतह को 172 एनएम यूवी लैंप के साथ पूर्व-उपचार किया जाता है।
स्पटरिंग उपज और दबाव के बीच संबंध चित्र 3-30^{10} में दिखाया गया है। चित्र 3-30 से, जब गैस का दबाव पीपीपी कम होता है, एसएसएस पीपीपी के साथ नहीं बदलता है; पीपीपी एक निश्चित मूल्य तक बढ़ने के बाद, एसएसएस धीरे-धीरे कम हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च पीपीपी पर, गैस अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, जिससे अधिक टकराव और बिखराव होता है, जिससे कैथोड तक पहुंचने वाले आर्गन आयनों की संख्या कम हो जाती है।
स्पटरिंग उपज और आपतित आयन ऊर्जा के बीच संबंध चित्र 3-31^{10} में दिखाया गया है। वक्र को तीन क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है^{10}: क्षेत्र I: कम ऊर्जा वाला क्षेत्र जहां आयन ऊर्जा कम है और लगभग कोई स्पटरिंग नहीं होती है; स्पटरिंग तभी शुरू होती है जब आयन ऊर्जा "सीमा ऊर्जा" (आमतौर पर धातुओं के लिए 10-30 ईवी) तक पहुंच जाती है।
(2) स्पटरिंग दरप्रति इकाई समय में स्पुटित होने वाली कैथोड सामग्री की मात्रा को स्पटरिंग दर कहा जाता है, जिसे आरआरआर द्वारा दर्शाया जाता है। आरआरआर घटना आयन घनत्व जीजे_आईजेआई और स्पटरिंग उपज के उत्पाद के लिए आनुपातिक है:
उच्च आपतित आयन घनत्व या उच्च स्पटरिंग उपज के परिणामस्वरूप स्पटरिंग दर अधिक होती है। कुछ उच्च परिशुद्धता कोटिंग प्रक्रियाओं में, 172 एनएम यूवी लैंप की सतह सक्रियण प्रभाव को लक्ष्य परमाणुओं की भागने की दक्षता को बढ़ाने के लिए जोड़ा जाता है, जिससे अप्रत्यक्ष रूप से स्पटरिंग दर की स्थिरता में सुधार होता है।
(3) स्पुतर्ड परमाणुओं की ऊर्जा और वेग वितरणवाष्पीकृत परमाणुओं में आम तौर पर 0.1-0.2 ईवी की ऊर्जा होती है, जबकि उच्च ऊर्जा आपतित आयनों के साथ ऊर्जा विनिमय के कारण थूके हुए परमाणुओं में गतिज ऊर्जा 1-2 परिमाण के उच्च क्रम (आमतौर पर 5-10 ईवी) होती है। उदाहरण के लिए, 1200 ईवी नाइट्रोजन आयन स्पटरिंग के साथ, परमाणु ऊर्जा लगभग 10 ईवी है; एल्यूमीनियम/टंगस्टन/प्लैटिनम को स्पटर करने के लिए, परमाणु ऊर्जा लगभग 35 eV है। अलग-अलग स्पटरिंग वोल्टेज पर आर्गन आयनों द्वारा बमबारी किए गए परमाणुओं के गतिज ऊर्जा वितरण वक्र मैक्सवेलियन वितरण का पालन करते हैं, जिसमें अधिकांश परमाणुओं की ऊर्जा 5-10 ईवी रेंज में होती है।
(4) आयन प्रत्यारोपणजैसा कि चित्र 3-31 में दिखाया गया है, जब आपतित आयन ऊर्जा > 30,000 ईवी, आरोपण प्रभाव होता है (स्पटरिंग उपज कम हो जाती है), और बमबारी करने वाले कण लक्ष्य में गहराई से प्रवेश करते हैं, जिससे कैथोड सतह परत में क्रिस्टल दोष बढ़ जाते हैं। प्रत्यारोपण की गहराई 5-10 एनएम/केवी है। सामग्री के सतही संशोधन के लिए आयन आरोपण एक महत्वपूर्ण विधि है। इसे कभी-कभी 172 एनएम यूवी लैंप के सतह संशोधन प्रभाव के साथ जोड़ा जाता है, जहां पराबैंगनी विकिरण उथले कार्यात्मक समूहों का परिचय देता है, जिससे आयन प्रत्यारोपण के साथ संयोजन में अधिक सटीक सतह प्रदर्शन नियंत्रण सक्षम होता है।
(5) उच्च -ऊर्जा आयन किरणों द्वारा विशिष्ट कणों का उत्तेजनाफिल्म सूक्ष्म क्षेत्र विश्लेषण उपकरण (उदाहरण के लिए, आयन जांच मास स्पेक्ट्रोमेट्री, रदरफोर्ड बैकस्कैटरिंग स्पेक्ट्रोमेट्री) आयनों द्वारा उत्तेजित विशेषता वर्णक्रमीय रेखाओं का उपयोग करके संचालित होते हैं।
3.7.2 इलेक्ट्रॉनों का प्रभाव
इलेक्ट्रॉन बमबारी से द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जननिर्वात में, जब इलेक्ट्रॉन पर्याप्त प्राथमिक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के साथ धातु की सतह पर बमबारी करते हैं, तो बड़ी संख्या में द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
इलेक्ट्रॉन बमबारी एनोड को गर्म करनाएनोड पर बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा को थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जो एनोड सामग्री को पिघला और वाष्पित भी कर सकता है।
उच्च -ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों द्वारा विशिष्ट कणों का उत्तेजनाफिल्म परीक्षण उपकरण (उदाहरण के लिए, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी) ऑगर इलेक्ट्रॉनों, एक्स किरणें और इलेक्ट्रॉन किरणों द्वारा उत्तेजित अन्य विशिष्ट कणों का उपयोग करके संचालित होते हैं।
3.8 आवेशित कणों की गति
आयन चढ़ाना तकनीक कम दबाव वाले गैस डिस्चार्ज प्लाज्मा में की जाती है, जहां कोटिंग स्थान में बड़ी संख्या में आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं। हाल के वर्षों में, पतली फिल्म शोधकर्ताओं ने आवेशित कणों की गति को नियंत्रित करने और प्लाज्मा घनत्व को बढ़ाने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग किया है। कुछ प्रक्रियाएं प्लाज्मा गतिविधि को विनियमित करने और कण प्रक्षेपवक्र को अनुकूलित करने में सहायता के लिए कोटिंग कक्ष में 172 एनएम यूवी लैंप को भी एकीकृत करती हैं।
3.8.3 विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में आवेशित कणों की गति
क्रॉस्ड इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फील्ड में गतिआवेशित कण विद्युत क्षेत्र बल और लोरेंत्ज़ बल^{9,10,23} की संयुक्त क्रिया के अधीन होते हैं। इलेक्ट्रॉनों पर बल है:
रेडियल विद्युतचुंबकीय क्षेत्रों में गतिआवेशित कण रेडियल बलों (रेडियल विद्युत क्षेत्र बल, लोरेंत्ज़ बल, केन्द्रापसारक बल) और अनुप्रस्थ लोरेंत्ज़ बल के अधीन होते हैं। प्रक्षेप पथ चित्र 3-39^{10} में दिखाए गए हैं: इलेक्ट्रॉनों में छोटी घूर्णन त्रिज्या और उच्च आवृत्तियाँ होती हैं, जो एनोड की ओर बहती हैं; आयनों में बड़ी घूर्णन त्रिज्या और कम आवृत्तियाँ होती हैं, जो कैथोड की ओर बहती हैं, जिससे प्लाज्मा पृथक्करण प्राप्त होता है।
3.9 विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का अनुप्रयोग
हाल के वर्षों में, उच्च प्रदर्शन वाली पतली फिल्में तैयार करने के लिए, कोटिंग मशीनों को विभिन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से सुसज्जित किया गया है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को उचित रूप से डिजाइन करना और प्लाज्मा ऊर्जा का उपयोग करना पूरी कोटिंग प्रक्रिया को पूरा कर सकता है। इसके साथ ही 172 एनएम यूवी लैंप जैसे सहायक उपकरण को शामिल करने से फिल्म की शुद्धता और प्रदर्शन स्थिरता में और सुधार हो सकता है।
(बाद की सामग्री: आधुनिक आयन चढ़ाना प्रौद्योगिकी)
