الترسيب بالرش هو عملية ترسيب فيزيائي للبخار (PVD) تُستخدم لترسيب أغشية رقيقة من المواد على الركائز. وهي تنطوي على قصف المادة المستهدفة بأيونات عالية الطاقة، عادةً من غاز خامل مثل الأرجون، مما يتسبب في طرد الذرات أو الجزيئات من سطح الهدف. ثم تترسب هذه الجسيمات المقذوفة على الركيزة مكونة طبقة رقيقة. ويعتمد مدى الاصطرار، أو المسافة التي تنتقل عبرها الجسيمات المصطرة، على عوامل مثل طاقة الأيونات الساقطة، وكتلة ذرات الهدف، وزاوية السقوط، وظروف التفريغ في الغرفة. ويتأثر مردود الرش بالرش، الذي يقيس كفاءة العملية، بهذه العوامل ويختلف باختلاف المواد والظروف.
شرح النقاط الرئيسية:
-
تعريف نطاق الاخرق:
- يشير مدى الاخرق إلى المسافة التي تقطعها جسيمات الاخرق من المادة المستهدفة إلى الركيزة. وتتأثر هذه المسافة بطاقة الأيونات الساقطة وخصائص المادة المستهدفة وبيئة التفريغ.
-
العوامل المؤثرة على مدى الاخرق:
- طاقة الأيونات الساقطة: يمكن للأيونات ذات الطاقة الأعلى أن تقذف ذرات الهدف بطاقة حركية أكبر، مما يزيد من المسافة التي تقطعها قبل أن تترسب على الركيزة.
- كتلة الأيونات والذرات المستهدفة: تؤدي الأيونات الأثقل والذرات المستهدفة إلى انتقال زخم أعلى، مما قد يزيد من إنتاجية الاخرق ونطاق الجسيمات المتطايرة.
- زاوية السقوط: تؤثر الزاوية التي تصطدم بها الأيونات بالهدف على مسار وتوزيع الطاقة للجسيمات المقذوفة، مما يؤثر على مسافة انتقالها.
- ظروف الفراغ: يتطلب الاخرق تفريغًا عاليًا لتقليل التصادمات بين الجسيمات المتطايرة وجزيئات الغاز المتبقية، مما يضمن مسارًا حرًا أطول متوسطًا ونطاق ترسيب أكبر.
-
إنتاجية الاخرق:
- ناتج الاخرق (S) هو عدد الذرات المستهدفة المقذوفة لكل أيون ساقط. وهو مقياس رئيسي يحدد كفاءة عملية الاخرق. ويعتمد المردود على العوامل المذكورة أعلاه ويختلف باختلاف المواد وظروف الاخرق.
-
معادلة معدل الاخرق:
-
يتم إعطاء معدل الاخرق، الذي يحدد كمية المواد التي تمت إزالتها من الهدف لكل وحدة زمنية، من خلال المعادلة:
- [
- \\نص {معدل الاخرق} = \frac{MSj}{pN_Ae}
- ]
- حيث:
- ( M ) = الوزن المولي للمادة المستهدفة,
- ( S ) = ناتج الاخرق,
- ( j ) = كثافة التيار الأيوني,
-
يتم إعطاء معدل الاخرق، الذي يحدد كمية المواد التي تمت إزالتها من الهدف لكل وحدة زمنية، من خلال المعادلة:
-
( p ) = كثافة المادة, ( N_A ) = عدد أفوجادرو,
- ( e ) = شحنة الإلكترون.
-
تبرز هذه المعادلة العلاقة بين معدل الاخرق والخصائص الفيزيائية للمادة المستهدفة وظروف الاخرق. دور الفراغ في عملية الاخرق
- : يتم إجراء عملية الاخرق تحت تفريغ عالٍ لضمان انتقال الجسيمات المخروقة دون عوائق إلى الركيزة. ومن شأن الفراغ المنخفض أن يزيد من احتمال حدوث تصادمات مع جزيئات الغاز المتبقية، مما يقلل من المدى الفعال لعملية الاخرق وجودة الفيلم المترسب.
- تأثير ضغط الغرفة ومصدر الطاقة:
-
ضغط الغرفة: يعمل ضغط الغرفة الأمثل على تحسين التغطية والتوحيد للفيلم المترسب من خلال التحكم في متوسط المسار الحر للجسيمات المبثوقة.
- مصدر الطاقة
: يؤثر نوع مصدر الطاقة (تيار مستمر أو ترددات لاسلكية) على معدل الترسيب وتوافق المواد والتكلفة. غالباً ما يستخدم رش الترددات اللاسلكية للمواد العازلة، في حين أن رش التيار المستمر مناسب للأهداف الموصلة.
الطاقة الحركية وحركة السطح
| : | تحدد الطاقة الحركية للجسيمات المرشوشة اتجاهها وترسيبها على الركيزة. ويمكن أن تؤدي الجسيمات ذات الطاقة الأعلى إلى تحسين الالتصاق وجودة الفيلم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي الطاقة الزائدة للأيونات المعدنية إلى زيادة حركية السطح أثناء الترسيب، مما يعزز من توحيد وكثافة الفيلم. |
|---|---|
| وباختصار، يتم تحديد نطاق الاخرق من خلال مجموعة من العوامل الفيزيائية والبيئية، بما في ذلك الطاقة الأيونية، وخصائص المواد المستهدفة، وظروف التفريغ، ومعلمات العملية. يعد فهم هذه العوامل أمرًا ضروريًا لتحسين عملية الاخرق وتحقيق ترسيب غشاء رقيق عالي الجودة. | جدول ملخص: |
| العامل الرئيسي | التأثير على نطاق الاخرق |
| طاقة الأيونات الحادثة | تزيد الطاقة الأعلى من مسافة انتقال الجسيمات |
| كتلة الأيونات/الذرات المستهدفة | تعزز الأيونات/الذرات الأثقل من انتقال الزخم، مما يزيد من المدى. |
| زاوية السقوط | تؤثر على مسار الجسيمات وتوزيع الطاقة، مما يؤثر على المدى. |
| ظروف الفراغ | يضمن التفريغ العالي متوسط مسار حر أطول، مما يقلل من التصادمات ويزيد المدى. |
| عائد الاخرق (S) | يحدد الكفاءة؛ يحسن العائد الأعلى نطاق الترسيب. |
ضغط الغرفة يحسّن الضغط الأمثل من اتساق الفيلم والتغطية. مصدر الطاقة
