إن الاخرق بالتيار المستمر هو تقنية ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) المستخدمة على نطاق واسع لترسيب الأغشية الرقيقة على الركائز. تتضمن العملية قصف المادة المستهدفة بأيونات عالية الطاقة، عادة من غاز خامل مثل الأرجون، مما يؤدي إلى قذف الذرات من السطح المستهدف. تنتقل هذه الذرات المقذوفة بعد ذلك عبر الفراغ وتترسب على الركيزة لتشكل طبقة رقيقة. تعتمد الآلية على نقل الزخم من الأيونات إلى الذرات المستهدفة، والذي يتأثر بعوامل مثل الطاقة الأيونية، وخواص المادة المستهدفة، وظروف العملية. يعد الرش بالتيار المستمر فعالًا بشكل خاص للمواد الموصلة، حيث يستخدم مصدر طاقة التيار المباشر (DC) لتوليد البلازما اللازمة للقصف الأيوني.
وأوضح النقاط الرئيسية:
-
القصف الأيوني والرش:
- في عملية رش التيار المستمر، يتم استخدام مصدر طاقة تيار مستمر عالي الجهد لإنشاء بلازما تفريغ متوهجة في غرفة مفرغة مملوءة بغاز خامل، عادة الأرجون.
- يتم تسريع الأيونات الموجبة من البلازما نحو الهدف سالب الشحنة (الكاثود) بسبب الجهد المطبق.
- وعندما تصطدم هذه الأيونات بالهدف، فإنها تنقل طاقتها الحركية إلى ذرات الهدف، مما يؤدي إلى قذفها من السطح. تُعرف هذه العملية باسم الاخرق.
-
تشكيل الأغشية الرقيقة:
- يتم إخراج الذرات المتناثرة من الهدف وتنتقل عبر الحجرة المفرغة.
- ثم تتكثف هذه الذرات على الركيزة لتشكل طبقة رقيقة. خصائص الفيلم، مثل سمك، والتوحيد، والالتصاق، تعتمد على عوامل مثل معدل الاخرق، ودرجة حرارة الركيزة، وضغط الغرفة.
-
حساب معدل الاخرق:
- معدل الاخرق هو معلمة حرجة تحدد مدى سرعة ترسيب المواد على الركيزة.
-
ويمكن حسابها باستخدام الصيغة:
- [
- R_ {\text{sputter}} = \left(\frac{\Phi}{2}\right) \times \left(\frac{n}{N_A}\right) \times \left(\frac{A} {d}\يمين) \times \left(\frac{v}{1 + \frac{v^2}{v_c^2}}\right)
- ]
- أين:
- (\Phi) هي كثافة التدفق الأيوني،
- (ن) هو عدد الذرات المستهدفة لكل وحدة حجم،
- (N_A) هو رقم أفوجادرو،
-
(أ) هو الوزن الذري للمادة المستهدفة، (د) هي المسافة بين الهدف والركيزة،
-
(ت) هو متوسط سرعة الذرات المتناثرة،
- (v_c) هي السرعة الحرجة. خطوات العملية
- : تتضمن عملية الاخرق DC عادة الخطوات التالية:
- كنس الغرفة: يتم إخلاء غرفة الترسيب إلى ضغط منخفض (حوالي (10^{-6}) تور) لتقليل التلوث وضمان بيئة نظيفة للترسيب.
- إدخال الغاز الاخرق: يتم إدخال غاز خامل، مثل الأرجون، إلى الغرفة عند ضغط متحكم فيه.
- توليد البلازما: يتم تطبيق مصدر طاقة تيار مستمر عالي الجهد بين الهدف (الكاثود) والركيزة (الأنود)، مما يؤدي إلى توليد بلازما تفريغ التوهج.
- التأين والتسارع: تصطدم الإلكترونات الحرة في البلازما بذرات الأرجون فتؤينها وتنتج أيونات موجبة. ثم يتم تسريع هذه الأيونات نحو الهدف بسبب المجال الكهربائي.
-
(ت) هو متوسط سرعة الذرات المتناثرة،
-
الاخرق: تصطدم الأيونات المتسارعة بالهدف، فتخرج ذرات الهدف إلى الطور الغازي.
- الترسيب: تنتقل الذرات المقذوفة عبر الفراغ وتتكثف على الركيزة لتشكل طبقة رقيقة.
- مزايا الاخرق DC:
- معدلات إيداع عالية: يسمح الرش بالتيار المستمر بمعدلات ترسيب عالية نسبيًا، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية.
-
التصاق جيد: تتميز الأفلام التي يتم إنتاجها عن طريق الرش بالتيار المستمر عادةً بالتصاق ممتاز بالركيزة.
- براعة: يمكن استخدام الرش بالتيار المستمر لترسيب مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن والسبائك وبعض السيراميك الموصل.
- القيود:
الموصلية المادية
: يقتصر الاخرق DC في المقام الأول على المواد الموصلة. تتطلب المواد غير الموصلة تقنيات بديلة، مثل رش الترددات اللاسلكية.
| توليد الحرارة | : يمكن أن تولد العملية حرارة كبيرة، الأمر الذي قد يتطلب أنظمة تبريد متخصصة لإدارتها. |
|---|---|
| باختصار، يعد رش التيار المستمر تقنية PVD فعالة للغاية لترسيب الأغشية الرقيقة من المواد الموصلة. تعتمد العملية على قصف المادة المستهدفة بأيونات عالية الطاقة، مما يتسبب في قذف الذرات وترسيبها على الركيزة. من خلال التحكم الدقيق في المعلمات مثل الطاقة الأيونية، وضغط الغاز، ودرجة حرارة الركيزة، يمكن تحقيق أفلام رقيقة عالية الجودة ذات الخصائص المطلوبة. | جدول ملخص: |
| الجانب الرئيسي | تفاصيل |
| عملية | قصف الهدف بأيونات عالية الطاقة لإخراج الذرات لترسيبها. |
| الخطوات الرئيسية | الكنس، إدخال الغاز، توليد البلازما، التأين، الاخرق، الترسيب. |
المزايا معدلات ترسيب عالية، التصاق ممتاز، متعدد الاستخدامات للمواد الموصلة. القيود
