2. Диаграмма зонной структуры включающая плазменную обработку и ионное травление

 

Расширенная схема зонной структуры включает в себя энергетическое осаждение, характеризующееся большим потоком ионов, что характерно для катодно-дугового осаждения и высокую мощность импульса магнетрона распыления. Оси состоят из обобщенной гомологической температуры, нормированного потока кинетической энергии, и эффективной толщины пленки, которая может быть отрицательной из-за ионного травления. Число первичных физических параметров, влияющих на рост намного превышает количество имеющихся осей в такой схеме и поэтому можно схему описать только приблизительными и упрощенными иллюстрациями условий роста структуры связей.

Диаграмма зонной структуры (ДЗС) является удобным способом, иллюстрирующим общие черты относительно толстых (> 100 нм) поликристаллических пленок путем сокращения многих параметров осаждения как можно меньше, и иллюстрирующие их влияние на структуру пленки. Их часто называют моделями структуры зоны, хотя на самом деле они не модели, а чрезмерно упрощенные представления ожидаемых микропленок. Как будет подчеркнуто на протяжении всего этого вклада, предлагается новое представление не меняющее эту достаточно критическую оценку, но говорится о необходимости расширить и усовершенствовать ДЗС в то время как есть четкие указания ее фундаментальных ограничений.

Концепция ДЗС развивались в течение многих лет, как технологии изготовления расширена от испарения для распыления и ионного пучка осаждения.

В последние годы, плазменные технологии осаждения все шире применяются, такие как высокомощные импульсы магнетрона распыления (HIPIMS), и поэтому еще раз появилась необходимость изменять существующие ДЗС путем включения плазмы связанных параметров осаждения.

В этом вложении, кратко рассматриваются существующие ДЗС перед тем, как будет предложен расширенный ДЗС.

Он охватывает использование высокоэнергетичных ионов, как они получаются, например, путем смещения подложки высоким отрицательным потенциалом, а также ионным травлением.

Краткий обзор диаграммы структурной зоны

Идея ДЗС была введена Мовчаном и Демчишиным в 1969 году для очень толстых пленок сделанных методом испарения [70]. В этом случае, снижаемым параметром была только гомологическая температура, и определялась как температура роста пленки, нормированная температура плавления осажденной пленки материала (в градусах Кельвина). Температура пленки, как правило, не известна и часто используются температура подложки, пункт, который гарантирует более близкую экспертизу, и который будет приводить к более общему температурному понятию развивался в следующей секции.

Барна и Адамик установили границы слегка по-иному и ввели зону перемещения T между зонами 1 и 2 [71]. В этой поверхности переход зоны диффузии "замечательный", но зернограничная диффузия сильно ограничена, что ведет к повышению конкурентоспособности роста зерна и в результате в V-формы зерна с зернистой структурой, которые не однородны по толщине пленки. Они подчеркнули, что более реалистичная ДЗС должна включать процесс индуцированной сегрегации совместного хранения примесей или добавок видов. Это определение говорит, что упрощенное представление ДЗС не включает в себя все параметры, и что ДЗС не может быть непосредственно применима к материалу. Также сделано ударение на то, что ДЗС предназначены для иллюстрации микроструктуры относительно толстых пленок, т. е. тех, которые выросли далеко за пределы зарождения их фазы.

С появлением широкого использования магнетронного распыления, ДЗС нужно было приспособить новый параметр: давление процесса.

Торнтон опубликовал ДЗС показывающую структуру пленки, руководствуясь двумя важными параметрами: гомологическая температура и давление. Эта ДЗС стала классической и воспроизводится во многих книгах о физическом осаждении паров.

Так как использование ионного пучка добавлено в некоторые процессы осаждения, Мессье [72] предлагает изменение ДЗС, с зоны 1, Т, 2, 3, где давление оси заменяется осями энергии ионов, и "Т" относится к переходной зоне, что является уникальным, при помощи ионов.

Энергетические бомбардировке частиц способствует возникновению конкурирующих процессов генерации дефектов и релаксации. Хотя кинетическая энергия вызывает смещение дефектов с последующим повторным зарождения, освобождение потенциальной энергии есть тепловой причиной уничтожения дефектов. Таким образом, отношение потенциальной энергии к кинетической энергии частицы, а также абсолютное значение кинетической энергии будет сдвигом баланса и влияют на формирование преимущественной ориентации и внутреннего напряжения. Максимум внутреннего напряжения существует для кинетической энергией около 100 эВ, фактическое значение зависит от материала и других факторов.

Существование такого максимума может быть объяснено посредством введения атомов под поверхностью при очень малом отжиге.

При более высокой температуре, либо через более высокие гомологические температуры или в результате повышения температуры из-за самого процесса, зерна увеличен, поскольку увеличение подвижности адатомов доминирует над увеличением ионной бомбардировки дефектов.

Поскольку кинетическая энергия ионов увеличивается, например, от смещения, распыление увеличивается и чистая скорость осаждения уменьшается. Рост пленки прекращается, когда как средняя «урожайность» приближается к единице, которая для большинства элементов в диапазоне от 400 эВ и 1400 эВ, и поверхность травления, как энергия еще больше увеличивается.

Многие аспекты этой дискуссии еще не рассмотрены, такие как различия между чистой элементарной пленкой и пленкой соединения, разделения фаз и наноструктурированной пленкой, существование аморфных пленок при низкой температуре и т.д. Цель этого вклада было расширить понятие ДЗС. Много уточнений и другие презентации мыслимо.

В любом случае, представление об эволюции микроструктуры пленок ДЗС обречено быть качественным, из-за необходимости упрощения реальных процессов.