Программа тридын: что такое и как работает в автосалонах

TRIDYN имитация мишени po

D. Rosen a, *, I. Katardjiev a, S. Berg a, W. Moller b

Реактивное осаждение с помощью распыления широко используется

метод нанесения тонких лм и больших

поверхностных покрытий. Процесс очень экономичен, так как lm синтезируется путем распыления неэлементарной мишени в среде реактивного газа,

зарезервированы.

* Автор-корреспондент. Тел .: +46 18 4713198; факс: +46 18

555095.

Адрес электронной почты: [email protected] (Д. Розен).

Ядерные приборы и методы в физике0168-583X / $ — см. Передний план 2004 Эльзевир Б.В. Все праваa Лаборатория Ангстрем, Уппсальский университет, Box 534, 751 21 Упсала, Сведенб, Институт физики и материаловедения ионных пучков, Forschungszentrum Rossendorf, P.O. Box 510119, 01314 Dresden, Germany

Abstract

Во время реактивного осаждения распыления, отравления мишени, т.е.е. формирование составного слоя на целевой поверхности

может существенно снизить скорость эрозии распыления и, таким образом, представляет собой основное ограничение для достижения высоких скоростей осаждения

. Чтобы исследовать формирование отравленного слоя, программа TRIDYN была использована

для моделирования процессов, которые происходят на поверхности мишени во время распыления при энергиях ионов, которые

типичны для магнетронного разряда в типичной газовой смеси. Ar с небольшим (

из-за расщепления молекул кислорода) статья

всегда относится к парциальному давлению окси-

gen.Кроме того, концентрация кислорода в мишени

ограничена концентрацией стехиометрического соединения. Другими словами, предполагается, что избыток кислорода в любом конкретном слое

в мишени, содержащей сториом

эфира алюминия, быстро направит

к поверхности, пока он не достигнет слоя

с стехиометрическим оксидом алюминия или

альтернативно переизлучается с поверхности.

2. Результаты и обсуждение

При моделировании парциальное давление окси-

gen, определяемое как O2 / (O2 + Ar), и энергия

, падающих ионов, варьировались.Предполагается, что ux

O2, O2 и Ar

+ пропорциональны

парциальному давлению газов. Кроме того,

эт. невероятно масштабируемый и характеризуется хорошей униформностью и контролем свойств lm. Плазменный разряд

дает дополнительную степень свободного

dom, обеспечивая возможность одновременной ионной бомбардировки

интерфейса, а также роста lm. Среди его основных недостатков

— его сложное поведение в зависимости от основных параметров процесса

(расход газа, мощность разряда,

и т. Д.).) и, в частности, наличие (хотя не всегда

) так называемого гистерезиса [1,2].

Хотя гистерезис как таковой достаточно хорошо понят и смоделирован

[3], все еще существуют определенные

неопределенности относительно относительной важности различных механизмов образования соединений (так

, называемых отравлением мишенью) на поверхности цели, которая

, в свою очередь, приводит к гистерезисному поведению из-за

, намного более низкого выхода распыления соединения.В этой работе мы рассмотрим эффекты хемосорбции, реактивной ионной имплантации

используем код TRIDYN [4], который представляет собой динамическую версию программы TRIM

«Бинарное столкновение» [5]. В TRIDYN цель разделена на слои с изначально неизменным составом и толщиной.Программа

динамически изменяет состав и толщину слоев

, чтобы обеспечить перенос частиц внутри мишени во время ионной бомбардировки.

В этой работе мы выбрали исследование реактивного распыления алюминия

в смешанной атмосфере аргона и окси-

gen [6,7], но результаты, как правило,

применимы для любого другого процесса реактивного распыления.

В TRIDYN эффективная поверхностная привязка элементов

(SBE) целевых элементов определяется

матричной моделью, которая учитывает состав поверхности мишени и энергии связи между

элементами [8].Действительный SBE в этом случае

задается

SBEAl CO SBV OAl CAl SBV AlAl; 1

SBEO CAl SBV OAl CO SBV OO; 2 где CO и CAl — поверхностные концентрации

кислорода и алюминия соответственно и матричные элементы

SBV определяются энергиями связи

194 D. Rosen et al. / Nucl. Instr. и между различными целевыми элементами [7]. График SBE для алюминия и кислорода представлен в

Рис. 1.

Поскольку энергия падающих молекулярных O2ions велика по сравнению с энергией диссоциации

кислорода, они с высокой вероятностью диссоциируют в первом столкновении с мишенью атомы.

Таким образом, при моделировании ион O2 расщепляется на два иона, O +, каждый с половиной энергии ионного O2 orig

. Даже если удельный поток кислорода удваивается

Рис. 1. При низких концентрациях кислорода SBE для алюминия на

ниже, чем SEB для кислорода. Это приводит к предпочтительному распылению алюминия

.Phys. Местожительство B 228 (2005) 193197 Все расчеты проводились при суммарном воздействии

Рис. 3. Скорости стационарной эрозии алюминия, нанесенные на график против

эт.in2 1018 ионов / см2. Это соответствует времени напыления, равному 33 с, когда время напыления, равное 1 с, соответствует

, что составляет 6 1016 ионов / см2 [7]. Это значительно выше стационарного состояния, которое достигается после

приблизительно через 10 секунд распыления, независимо от

парциального давления кислорода, как видно из рис. 2.

Теперь мы изучим отдельные вклады

Рис. 2. Эволюция дозы концентрация кислорода на поверхности

при распылении при 360eV и только с учетом ионной имплантации кислорода.Устойчивое состояние достигается примерно через 10 с,

независимо от парциального давления кислорода.

D. Rosen et al. / Nucl. Instr. Имплантация ионов кислорода и хемосорбция кислорода

. По сравнительным причинам предполагается, что скорость хемосорбции пропорциональна парциальному давлению кислорода

и определяется как отношение

между хемосорбированным ux и суммой

последнего и ux иона Ar. То же самое относится к

для скорости имплантации кислорода, аналогично определенному

, как отношение между числом ионов кислорода O2 и суммой

последнего и потока ионов Ar.Другими словами, oxy-

gen вводится в мишень двумя способами: либо неэнергетическими молекулами, хемосорбированными на поверхности

, либо в виде энергичных молекулярных ионов, внедренных в мишень. Абсолютная величина

этих двух укс не учитывается на данный момент

, мы просто заинтересованы в их вкладе

в отравление цели.

2.1. Влияние только ионной имплантации кислорода

Рис. 3 (a) показывает установившиеся скорости эрозии алюминия

, распыленного при 360 эВ и 720 эВ в виде aPhys.Местожительство B 228 (2005) 193197 195 Функция парциального давления кислорода в газовой смеси Ar /

O2. При этом моделировании хемосорбция кислорода была исключена из расчета

, т. Е. В этом случае в качестве имплантированного кислорода использовали только

ионов. Как видно, скорость эрозии

демонстрирует монотонное снижение с увеличением парциального давления кислорода

(то есть скорость имплантации кислорода

). Очевидно, что отравление цели при низком эргометрическом бомбардировке происходит при более низких парциальных давлениях кислорода.

Теперь мы включаем хемосорбцию, но игнорируем

имплантацию ионов кислорода в симуляции. На рис.

3 (b) снова показана скорость эрозии Al как функция

парциального давления кислорода для этого случая.

Если мы теперь наложим рис. 3 (а) и (б) мы бы увидели, что соответствующие кривые практически идентичны. Другими словами, вклад хемосорбции O2 и имплантации для отравления мишенью

практически идентичен.Это еще

парциальное давление кислорода.

имеют значение, однако их абсолютные величины, которые

зависят также от коэффициента хемосорбции,

от степени ионизации газа. Таким образом, в реальной ситуации

эффекты хемосорбции и ионной имплантации

будут в совокупности способствовать целевому отравлению, в то время как их индивидуальные вклады

будут практически неразличимы.

Чтобы объяснить идентичность двух эффектов ef-

, мы рассмотрим глубину стационарного состояния концентрации кислорода

для двух случаев соответственно при

при данном парциальном давлении кислорода, как показано на рис.4.

Удивительно, но эти два профиля выглядят очень похоже на

. Это сходство обусловлено смешиванием ионов Ar, которое происходит на глубине проникновения

Ar. Более важным является наблюдение, что

средние поверхностные концентрации кислорода практически равны

, что можно понять из виртуальной эквивалентности

хемосорбции и ионной имплантации в отношении отравления мишенью. Это

настоятельно повторяется, однако, что их абсолютные

вклады, безусловно, очень разные

и определяются коэффициентом хемосорбции

и скоростью имплантации соответственно.Их чистый вклад

в целевое отравление, однако, не является простой суммой

, а скорее приведет к особой поверхностной концентрации кислорода

, при которой выходная доля кислородного распыления точно равна сумме

или скорости хемосорбции (измеренной на один инцидентный ион

) и скорость имплантации кислорода (измеренная на

на ион падающий).

Наконец, следует отметить, что вклад ионов кислорода

в общую скорость распыления довольно мал

.Это видно из рис. 6, который представляет

два компонента общей скорости распыления Al. Таким образом, основной вклад в