• تماس با ما

    09166164968

  • ساعات تماس

    8 صبح الی 5 شب

کندوپاش

کندوپاش یا اسپاترینگ یکی از روشهای لایه نشانی از فاز بخار است که بطور عمده برای تولید فیلم فلزات از نانو تا میکرو می باشد و تحت شرایط کنترل شده می‌توان نانوذراتی ۳ نانومتری هم به این شیوه بدست آورد. اما فرایند اسپاترینگ عبارتست از کندوپاش اتمهای یا مولکولهای هدف (target) و ایجاد یک فیلم با یونهای یک گاز خنثی که در پلاسما ایجاد شده و درمیدان ایجاد کننده پلاسما شتاب می‌گیرند.

 

استفاده از اسپاترینگ برای ساخت یک لایه نازک اولین بار در سال ۱۸۵۲ میلادی گزارش شد و از آن زمان دوره‌های متفاوت جذابت و کم توجهی را به لحاظ اقتصادی و علمی گذارنده است. امروزه دانش کافی نسبت به فرایند پیچیده‌ای که حین بمباران یونی سطح هدف جامد رخ می‌دهد توسعه یافته و تجهیزات امروزی قابلت طراحی فرایندی تکرار پذیر و قابل کنترل را مهیا ساخته‌اند. پیشرفت این شاخه از علم که با اندرکنش یون- سطح مرتبط است با توسعه موازی فناوری خلا بالا و روشهای بسیار حساس میکرو آنالیز تسریع شد.

 

لایه نشانی اسپاترینگ بطور ذاتی یک روش پوشش دهی خلاء است. در عمل ماده مورد نظر جهت لایه نشانی یا همان هدف در مقابل زیر لایه و در فشار اولیه ‎۱۰-۶‎ تا ‎ Torr ‎ 10-10‎ قرار می‌گیرید. معمول ترین شیوه تامین یون، عبور مداوم گازی همچون آرگون است که فشار را به ۱ تا ۱۰۰ Torr افزایش داده قوس درخشان یا همان پلاسما را تشکیل می‌دهد. پتانسیل منفی بین ‎۰٫۵‎ تا ‎۵ kV‎ به هدف اعمال می‌شود.

یونهای شتابدار انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند بطوری که رسیدن به این سطح انرژی با حرارت دادن به نمونه امکان پذیر نیست. به علاوه لایه ایجاد شده مورد اصابت ذرات مختلف اما کم انرژی مثل اتمهای هدف، یونهای برگشتی گاز آلاینده و غیره قرار می‌گیرند. بنابراین اندرکنش یون- سطح تنها منحصر به هدف نیست بلکه در سینیتیک جوانه زنی و رشد فیلم و نیز تاثیر بسزایی دارد و کنترل بمباران یونی در هدف، خواص و ریزساختار فیلم را تعیین می‌کند.

 

در فرآیند کندوپاش (Sputtering)، با استفاده از ذراتی پر انرژی (1000-50 الکترون ولت) سطح هدف بمباران می‌ شود. در نتیجه برخورد ذرات پر انرژی به هدف، یک و یا تعداد بیشتری از اتم‌ های هدف به بیرون پرتاب می‌ شود. این روش برای ایجاد پوشش و تولید نانو لایه ها استفاده می شود. کاتد به ولتاژ منفی متصل می شود و از جنس ماده پوشش دهنده انتخاب می شود. آند که در واقع زیرپایه پوشش است می تواند به صورت صاف، زاویه دار یا شناور قرار گیرد.

گاز و یا مخلوطی از گاز های مختلف با فشاری از چند میلی‌ تور تا چند صد میلی‌ تور، از طریق شیرهای ویژه‌ای به صورت کنترل شده وارد محفظه کندوپاش می‌شوند. متداول‌ ترین گاز مورد استفاده برای محفظه کندوپاش آرگون است. زیرا نسبت به سایر مواد کندوپاش شده، ضریب نشر ثانویۀ بزرگ‌تری دارد. می‌توان از گازهای نجیب دیگر مانند هلیوم و یا نئون نیز برای این منظور استفاده کرد. استفاده از گازهای سبک تر در فرآیند اسپاترینگ می تواند مشکلات مربوط استوکیومتری را در کندوپاش واکنشی (Reactive Sputtering) یا کندوپاش ترکیبات مختلف کاهش دهد. در این صورت گازهای O2  و N2 با نسبت های مشخص نسبت به گاز خنثی وارد محفظه کندوپاش می شوند.

فرآیند کندوپاش با توجه به پدیده های زیر درک می شود:

یون های مثبت که از یونیزاسیون گاز توسط تخلیه الکتریکی، ایجاد شده اند، به سطح هدف برخورد کرده و از طریق انتقال انرژی و مومنتم اتم هایی را از هدف جدا می کنند. این اتم های با مقادیر مشخصی انرژی هدف را ترک می کنندو روی زیرپایه تجمع می کنند و در نتیجه یک لایه نازک ایجاد می شود. حد کندوپاش (Sputter Yield) که به عنوان مقیاسی برای بازده فرآیند مد نظر قرار می گیرد عبارتست از نسبت اتم های جدا شده از هدف به تعداد بمباران های صورت گرفته.

 

انواع روش های کندوپاش

 

 روش کندوپاشDC  برای مواد هادی و روش RF برای مواد عایق استفاده می‌شود. اما معمول ترین روش، کندوپاش با مگنترون است. در روش کندوپاش با مگنترون، میدان مغناطیسی پلاسما را در اطراف سطح هدف محدود می‌ کند. مزایای استفاده از مگنترون کندوپاش عبارت است از اندازه کاتد بزرگ، افزایش سرعت کندوپاش، بمباران کمتر هدف.

شکل زیر طرح شماتیکی از سیستم کندوپاش را نشان می‌ دهد. این سیستم برای ساخت فیلم نازک چند لایه‌ای TiN/VN و یا TiN/NbN توسط یاشار و اسپرول در سال 1999 طراحی شده است. زیرپایه های مورد نظر روی صفحه گردان قرار گرفته است. زیرپایه باید به حد کافی بزرگ انتخاب شود تا جریانات متقاطع کندوپاش رخ ندهد. این نوع دستگاه برای ساخت بسیاری از سیستم‌ های چند لایه‌ای استفاده شده است.

ساخت اکسیدهای چندتایی فلزات مانند SrTiO3 و YBa2Ca3O7 توسط روش کندوپاش پیچیده است و باید ترکیب بخار  مورد استفاده کنترل شود. بمباران سطح فیلم توسط یون‌های پرانرژی مشکلات جدی در پی دارد مانند صدمه رساندن و یا کنده شدن اتم‌های سطح فیلم تشکیل شده، در اثر برخورد یون‌های منفی. برای کاهش اثر یون‌ های منفی دو نظریه وجود دارد:

1- استفاده از فشار بالای گاز که انرژی یون‌ های منفی را کاهش می‌ دهد.

2- کندوپاش بدون محور. این روش به‌ طور گسترده‌ای برای ایجاد فیلم‌ های نازک ابر رسانا در دماهای بالا استفاده می‌ شود.

شکل زیر موقعیت نسبی زیرپایه و هدف را نشان می‌ دهد. از عیوب این چیدمان می‌ توان به کاهش سرعت نشست و نیز محدودیت نشست برای فیلم‌های بزرگ اشاره کرد.

در هنگام نشست مواد فرومغناطیس، نمی‌ توان از کندوپاش با مگنترون معمولی به‌ خوبی استفاده کرد زیرا این مواد قابلیت نفوذ پذیری مغناطیسی بالایی دارند. در این موارد از کندوپاش هدف‌ نما (Facing Target Sputtering) استفاده می‌ شود. شکل زیر طرح شماتیک این سیستم را نشان می‌ دهد. در سیستم کندوپاش هدف نما، از یک جفت هدف استفاده می‌شود که نسبت به خود و بستر موازی هستند و در بیرون منطقه پلاسما قرار دارند. این چیدمان نه تنها مزایای کندوپاش مگنترون معمولی را دارد، بلکه از بمباران ذرات باردار به سطح فیلم می‌ کاهد.

Submit to DeliciousSubmit to DiggSubmit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to StumbleuponSubmit to TechnoratiSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn