يحدث تكوين البلازما في عملية الترسيب بالرش من خلال تأين غاز الرش بالرش، وهو عادةً غاز خامل مثل الأرجون أو الزينون. وتعد هذه العملية ضرورية لبدء عملية الاخرق، وهي طريقة مستخدمة في الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) لترسيب الأغشية الرقيقة على الركيزة.
ملخص تكوين البلازما في عملية الاخرق:
يتم إنشاء البلازما عن طريق تطبيق جهد عالٍ عبر غاز منخفض الضغط (عادةً الأرجون) داخل غرفة تفريغ. يعمل هذا الجهد على تأيين الغاز، مما يؤدي إلى تكوين بلازما تنبعث منها تفريغ متوهج، وغالبًا ما تكون مرئية كهالة ملونة. تتكون البلازما من إلكترونات وأيونات غازية تتسارع نحو المادة المستهدفة بسبب الجهد المطبق.
-
الشرح التفصيلي:
- إعداد غرفة التفريغ:
- يتم أولاً تفريغ حجرة الترسيب إلى ضغط منخفض جداً، عادةً حوالي 10^-6 تورر، لتقليل التلوث من الغازات المتبقية.
-
بعد تحقيق التفريغ المطلوب، يتم إدخال غاز الاخرق، مثل الأرجون، في الغرفة.
- تطبيق الجهد:
-
يتم تطبيق الجهد بين قطبين كهربائيين في الغرفة. هذا الجهد أمر بالغ الأهمية لبدء عملية التأين.
- التأين وتكوين البلازما:
- يعمل الجهد المطبق على تأيين غاز الرشاش، مما يخلق تفريغًا متوهجًا. وفي هذه الحالة، تتصادم الإلكترونات الحرة مع ذرات الغاز، مما يؤدي إلى فقدان الإلكترونات وتصبح أيونات موجبة الشحنة.
-
وتؤدي عملية التأين هذه إلى تحويل الغاز إلى بلازما، وهي حالة من المادة تنفصل فيها الإلكترونات عن ذراتها.
- تسارع الأيونات:
-
يتم بعد ذلك تسريع الأيونات الموجبة لغاز الاخرق نحو المهبط (القطب السالب الشحنة) بسبب المجال الكهربائي الناتج عن الجهد المطبق.
- القصف والرش:
-
تتصادم الأيونات المتسارعة مع المادة المستهدفة، فتنتقل طاقتها وتتسبب في طرد الذرات من الهدف. تنتقل هذه الذرات المقذوفة بعد ذلك وتترسب على الركيزة مكونة طبقة رقيقة.
- معدل الاخرق:
يعتمد المعدل الذي يتم به رش المادة من الهدف على عدة عوامل بما في ذلك مردود الاصطرار، والوزن المولي للمادة الهدف وكثافتها وكثافة التيار الأيوني.
وتعد هذه العملية أساسية في مختلف تقنيات الرش بالمغناطيسية، بما في ذلك الحزمة الأيونية والصمام الثنائي والرش المغنطروني والرش المغنطروني الذي يتميز بفعالية خاصة بسبب استخدام المجال المغناطيسي لتعزيز تأين البلازما وحصرها حول الهدف.
