Ứng dụng phép đo plasma trong phún xạ

I. Định nghĩa phún xạ:

Phún xạ là một kỹ thuật lắng đọng chân không được sử dụng để lắng đọng màng mỏng của vật liệu lên bề mặt. Nguyên tắc của phún xạ là sử dụng năng lượng của plasma (khí bị ion hóa một phần) trên bề mặt của mục tiêu (cực âm), để kéo từng nguyên tử của vật liệu và lắng đọng chúng trên chất nền.

• Vật liệu được loại bỏ khỏi mục tiêu bị bắn phá (cực âm)
• Các ion được kết hợp vào vật liệu đích và đi vào đó, có thể là một hợp chất hóa học. Hiệu ứng này sau đó được gọi là cấy ion (phản ứng).
• Các ion ngưng tụ trên chất nền bị bắn phá, ở đó chúng tạo thành một lớp: sự lắng đọng chùm ion.

II. Phún xạ phản ứng:

Một trong những biến thể thực tế chính của phún xạ là phún xạ phản ứng. Trong phún xạ phản ứng, các màng hợp chất mỏng được lắng đọng trên đế bằng cách phún xạ từ các mục tiêu kim loại (không phải phi kim loại) với sự có mặt của khí phản ứng thường được trộn với khí làm việc trơ (Ar). Do đó, phún xạ phản ứng là một quá trình vật lý, điện và hóa học kết hợp. Khí phản ứng được kích hoạt và kết hợp hóa học với các nguyên tử được phun ra từ mục tiêu để tạo thành một hợp chất mới. Nói chung, lượng khí phản ứng được sử dụng nhỏ so với khí trơ, nhưng bằng cách thay đổi tỷ lệ, có thể tạo ra các màng có tính chất từ loại vật liệu gần giống kim loại cho đến chất bán dẫn, chất cách điện hoặc điện trở. Phún xạ phản ứng đã trở thành một quy trình thương mại có giá trị để lắng đọng chất điện môi, điện trở và chất bán dẫn.

Các hợp chất phổ biến được lắng đọng bằng phương pháp phún xạ phản ứng:

• Oxit (oxi) - Al2O3, In2O3, SnO2, SiO2, Ta2O5.
• Nitrua (nitơ, amoniac) - TaN, TiN, AlN, Si3N4, CNx
• Cacbua (metan, axetylen, propan) - TiC, WC, SiC.
• Sunfua (H2S) - CdS, CuS, ZnS.
• Oxycacbua và oxynitride của Ti, Ta, Al và Si.

​​​​II. ​Ứng dụng của phép đo plasma trong hệ thống phún xạ:

Vật liệu mang điện tích âm bị từ trường hút vào vật liệu mục tiêu mang điện tích dương. Sau đó, vật liệu mục tiêu được giải phóng dưới dạng khí vào một buồng và tiếp xúc với từ trường cường độ cao, từ trường này biến nó thành ion âm. Bằng cách này, các màng mỏng có thể được tạo thành từ các hợp chất chứa cả ion dương và ion âm.

Phún xạ phản ứng làm tăng đáng kể tốc độ tạo màng mỏng từ hợp chất. Điều này buộc các hóa chất liên kết với nhau như một phần của quy trình tạo màng mỏng giúp đẩy nhanh tốc độ chúng lắng xuống trên chất nền.

Tất cả các plasma phát ra bức xạ tùy thuộc vào thành phần khí và các thông số plasma của chúng. Thông số quan trọng nhất đặc trưng cho plasma là mật độ electron. Nó quyết định độ dẫn điện của plasma, sự kích thích và phát xạ ánh sáng, sự sản sinh các gốc tự do và do đó là khả năng phản ứng hóa học. Một thông số quan trọng khác là nhiệt độ electron.

Bằng cách sử dụng hệ thống đo lường theo dõi plasma (Dòng PM), nó có thể phát hiện sự phát xạ plasma của quang phổ rộng và ánh sáng tán xạ thấp, bao gồm theo dõi plasma, khắc và phát hiện điểm cuối. Ngoài ra, bằng cách theo dõi phổ phát xạ của plasma mẫu, người dùng có thể xác định các thông số plasma quan trọng cần thiết để kiểm soát các quy trình dựa trên plasma. Từ các thông số plasma này, việc hiệu chỉnh góc mà các ion va chạm với bề mặt vật liệu, năng lượng mà chúng va chạm, khối lượng của chúng, khối lượng của nguyên tử mục tiêu và năng lượng liên kết bề mặt của mục tiêu sẽ dễ dàng hơn. Trong quy trình này, quá trình phún xạ được kiểm soát, tinh chỉnh chính xác các điều kiện để tạo ra các lớp phủ màng mỏng cho các ứng dụng quang học, thiết bị bán dẫn và sản phẩm công nghệ nano. Bằng cách kiểm soát chính xác quá trình phủ phún xạ, có thể dễ dàng đạt được độ dày màng đồng nhất và độ chính xác cao cũng như kiểm soát cấu trúc chính xác.