Ионно-лучевое распыление

Нанесение покрытий в условиях высокого вакуума в рабочей камере невозможно с применением тлеющих электрических разрядов генерирования потока распыляющих ионов. Достижение высокого вакуума может быть реализовано при использовании для распыления направленных пучков частиц с высокой энергией. Для создания таких пучков с контролируемой энергией разработаны системы ионных пушек (рисунок 5.9).

Рисунок 5.9 – Ионно-лучевое распыление, где a – ионная пушка; б – схема нанесения; 1 – термоэлектронный катод; 2 – анод; 3 – магнитная система; 4 – ускоряющий электрод; 5 – подложкодержатель; 6 – присоединение к вакуумной системе

Низковольтный разряд (40–80 В) возбуждается в среде аргона. Наличие термоэлектронного катода обеспечивает стабильность разряда в широком интервале давлений (100–10^-1 Па). Магнитное поле, создаваемое в области цилиндрического анода, изменяет траекторию электронов, увеличивая вероятность столкновений с молекулами газа. Система фокусировки и ускорения позволяет получать практически моноэнергетические пучки ионов с энергией 1,6×10^-17–4,8×10^-16 Дж и плотностью тока 0,1–20,0 мА/см². Возможны и более мощные системы. Например, имеются сведения о получении пучков ионов с плотностью тока до 30 мА/см² при ускоряющем напряжении 1000 В и выше.

Преимущества и недостатки нанесения покрытий ионным распылением. Перспективы развития

Преимущества метода:

- получение покрытий из многих материалов с небольшим изменением их состава при распылении;

- высокие значения коэффициента использования материала;

- высокая производительность процесса при магнетронной схеме распыления;

- повышенный энергетический уровень распыленных атомов.

Недостатки метода:

- низкий энергетический КПД процесса (порядка 1 %);

- недостаточная степень ионизации потока распыленных частиц, особенно при диодной и триодной схемах процесса.

Перспективным можно считать совершенствование магнетронной схемы распыления, способа распыления пучком ускоренных ионов, получаемых в отдельных камерах, и др.