Wiederholung: Sputterprozess - TU Wien
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Wiederholung: Sputterprozess
Feste Quelle, d. h. beliebigeQuellenform
Geringe Abscheidetemperatur
Weites Parameterfeld
Hohe Abscheideratenerreichbar
Gute Schichthaftung
Schichtzusammensetzung =Quellenzusammensetzung
Interessante Schichteigenschaften
Quelle (wassergekühlt)
+
+
+
+ +
Substrat
-600V
Masse
+BeschichtungsgutArbeitsgas, ionisiert oder neutral
!
Elementarprozesse: Besondere Kennzeichen:
Wiederholung: Gasentladung
Versuchsanordnung:
Kennlinie:
U
Iselbstst.Gasentladung
unselbstst.Gasentladung I
IVV
I II II
I: Ohm'sches VerhaltenII: SättigungsbereichIII: StossionisationIV: normales GlimmenV: anormales Glimmen
-
-
+
+
U≈1kV
p Pa≈10
Wiederholung: Sputterausbeute
Für kommerzielle Sputterprozesse gilt:
Y = 0,5 - 4
Sputterregimes: Single Knock On
+
Ionenenergie klein,und/oder Ionenmasse klein
110: −+ ∝<YM
E eV YEU
++
< ∝100
:
U0 = Oberflächen-bindungsenergie
Sputterregimes: Lineare Stosskaskade I
+
Freisetzungs-volumen: ca. 1 nm3 Ionenenergie 0.1 - 10 keV
Stoßpotentiale: E+ 0.1 - 1 keV: Born-MayerE+ 1 - 10 keV: Thomas-Fermi
( ) 02
4UE
MMMMY
t
t+
+
+
+∝
Mt = Masse der Targetatome
Sputterregimes: Lineare Stosskaskade IISenkrechter Einfall:
Sputterregimes: Lineare Stosskaskade IIISchräger Einfall:
Sputterregimes: Thermal Spike
+
Ionenenergie > 10 keV
YUk TB
∝ −
exp 0
d. i. eine Verdampfungs-charakteristik des Emissionsvolumens
Lineare Stosskaskade: Globale Charakteristika
+
Freisetzungs-volumen: ca. 1 nm3
Y = 0,5 - 4
Lineare Stosskaskade: Energieverteilung
E-2
E
n(E)dE
U /20 EmaxE
( ) dEUEEdEEn 3
0
)(+
∝ Emax = Maximalenergie, E Emax ∝ +
E = mittlere Emissionsenergie
Lineare Stosskaskade: Winkelverteilung
n<1n=1
n>1α
n n( ) cosα α∝n ≤ 1 E < 1 keVn >1 E > 1 keV
Sputtern von Legierungen: verschiedenes Y
Bei einer gleichmässigen Verteilung von Materialien verschiedener Sputterausbeuten entspricht (nach einer Einlaufphase) die Dampfstrahlzusammensetzung der ursprünglichen Targetzusammensetzung.
Sputtern von Legierungen: Konusbildung I
Liegt Material einer geringeren Sputterausbeute in Form von grossen Ausscheidungen vor, so kommt es zur Konusbildung am Target.
Sputtern von Legierungen: Konusbildung II
Die Seitenflächen der Konusse sind oft kristallographische Oberflächen oder haben einen Neigungswinkel, der dem des maximalen Y entspricht.
Sputtern von Einkristallen: SputterausbeuteDie Sputterausbeute ist abhängig vom kristallographischen Index einer Kristallebene.Beispiel: Konusbildung
Y = Y(h,k,l)
Sputtern von Einkristallen: Channelling
Je nach Einfalls-richtung dringen Ionen mehr oder weniger tief in einen Einkristall ein.
Sputtern von Einkristallen: Wehner-Spots
Stossfokussierung entlang dicht gepackter kristallographischer Richtungen:
Y = Maximum entlang dieser Richtungen! Positioniert man einen halbkugelförmigen Kollektor über einem einkristallinen Target, so entstehen dort "Wehner-Spots".