پاورپوینت لایه نشانی به روش کندوپاش

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

لایه نشانی به روش کندوپاش

اسلاید 2 :

روشهای سنتز نانوساختارها
لایه نشانی
سوم

اسلاید 3 :

فرآیند کندوپاش
با استفاده از ذرات با انرژی حدود 50 تا 1000 الکترون ولت، سطح هدف بمباران میشود که با برخورد ذرات پر انرژی به هدف، اتمهای هدف به بیرون از آن پرتاب میشوند. این فرایند، کندوپاش (Sputtering) نامیده میشود.
کاتد یا هدف که از جنس ماده پوشش دهنده است، به ولتاژ منفی متصل میشود.
زیرلایه نیز در موقعیت آند قرار میگیرد.

اسلاید 4 :

فرآیند کندوپاش
ابتدا فشار اولیه محفظه کندوپاش به ‏‎10-6 تا 10-10‎‏ تور میرسد و از آنجایی که متداولترین ‏شیوه برای فراهم کردن یون و تولید پلاسما، عبور مداوم گازی مانند آرگون است، با ورود این گاز به محفظه، فشار به ۱ تا ۱۰۰ تور‏ افزایش مییابد.
در دمای نزدیک یا بالاتر از انرژی یونیزاسیون اتمی، با برخورد الکترون به اتمهای گاز؛ این اتمها به الکترونهایی با بار منفی و یونهایی با بار مثبت تجزیه میشوند.

پلاسما یا قوس ‏درخشان که همان گاز یونیزه شدهای است که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست دادهاند و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند، شکل میگیرد.
پتانسیل منفی که به کاتد یا هدف اعمال میشود، 0/5تا 5 کیلوولت است.
به همین ترتیب الکترون اولیه و الکترونهای ثانویهای که در اثر یونیزاسیون تولید شدهاند، دوباره در یونیزه کردن سایر اتمهای گاز شرکت میکنند.

اسلاید 5 :

فرآیند کندوپاش
گاز و یا مخلوطی از گازهای مختلف با فشاری حدود چند تا چند صد میلی تور به داخل محفظه کندوپاش وارد میشود. 
از آن جایی که آرگون نسبت به سایر مواد کندوپاش کننده نسبتاً سنگینتر است، ضریب نشر ثانویه بزرگتری دارد و میتواند اتمها یا مولکولهای بیشتری را از سطح هدف جدا کند، متداولترین گازی است که برای تولید پلاسما در روش کندوپاش به کار برده میشود.
در این روش استفاده از سایر گازهای نجیب مانند هلیوم یا نئون نیز امکانپذیر است.

اسلاید 6 :

فرآیند کندوپاش
در صورت نیاز به واکنش حین کندوپاش میتوان از گازهای اکسیژن و نیتروژن با نسبتهای مشخص نسبت به گاز خنثی نیز استفاده کرد.
در این صورت مشکلات مربوط به استوکیومتری در کندوپاش واکنشی یا کندوپاش ترکیبات مختلف کاهش مییابد.
یونهای شتابدار، انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند که رسیدن به این انرژی با حرارت دادن امکان پذیر نیست.
از طرفی زیرلایه در معرض برخورد ذرات گوناگون مانند اتمهای ‏هدف و یا یونهای با انرژی کمتر قرار میگیرد.
اندرکنش میان یونها و سطح فقط برای ‏سطح هدف مطرح نیست و این اندرکنشها در سینماتیک جوانهزنی و رشد لایه ایجاد شده بر روی زیرلایه نیز اثرگذار است.
کنترل بمباران یونی ‏هدف، خواص و ریزساختار لایه تشکیل شده را تعیین میکند.

اسلاید 7 :

فرآیند کندوپاش
در فرآیند کندوپاش، در اثر تخلیه الکتریکی و یونیزاسیون گازی که به داخل محفظه کندوپاش وارد شده است، یونهای مثبت ایجاد میشوند.
این یونها به سطح هدف برخورد و با انتقال انرژی و تکانه به آن، اتمهایی را از سطح هدف جدا میکنند که هدف را با مقادیر مشخصی از انرژی ترک میکنند.
سپس این اتمها در محیط خلأ به سمت زیرلایه حرکت کرده و بر روی آن جمع میشوند و در نتیجه یک لایه نازک ایجاد میشود.
حد کندوپاش بیانگر نسبت اتمهای جدا شده از هدف به ازای هر یون برخوردی به سطح است که به عنوان مقیاسی برای بازده فرآیند کندوپاش در نظر گرفته میشود.

اسلاید 8 :

انواع روشهای کندوپاش
متداول ترین روش کندوپاش، کندوپاش مغناطیسی است.
میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد اعمال میشود.
الکترونها در تخلیه نورانی به صورت دایرهای حرکت میکنند.
انرژی آنها بیشتر میشود.
اتمهای بیشتری از گاز نجیب را یونیزه میکنند.
میدان مغناطیسی، پلاسما را در اطراف سطح هدف محدود میکند.
این دام الکترونی آهنگ برخورد بین الکترونها و مولکولهای گاز که کندوپاش را به عهده دارند، افزایش میدهد.
لایهنشانی در فشارهای پایینتر قابل انجام میشود.

اسلاید 9 :

انواع روشهای کندوپاش
کندوپاش مغناطیسی
میدان مغناطیسی با افزایش چگالی پلاسما، چگالی جریان در هدف یا کاتد را افزایش میدهد و در نتیجه آهنگ کندوپاش افزایش مییابد.
به دلیل پایین بودن فشار گاز، ذرات کنده شده فضای محفظه را بدون برخورد طی میکنند، که منجر به افزایش آهنگ لایهنشانی میشود.
این روش در مقایسه با سایر روشها، قابلیت لایهنشانی درمقیاس بزرگ را داراست.
لایهنشانی به روش کندوپاش برای کاربردهای صنعتی به طورگسترده استفاده میشود و به منظور افزایش آهنگ لایهنشانی ازکندوپاش مغناطیسی استفاده میگردد.

اسلاید 10 :

انواع روشهای کندوپاش
چنانچه ولتاژ منبع تغذیهDC  باشد، روش کندوپاش، مستقیم نام دارد و معمولاً برای لایهنشانی فلزات به کار گرفته میشود.
کندوپاش مستقیم
برای لایهنشانی مواد عایق و نیمهرسانا از پتانسیل فرکانس ‏رادیویی (Radio Frequency - RF) استفاده میشود.
کندوپاش فرکانس ‏رادیویی
برای برخی کاربردها بهجای اینکه پلاسما، هدف را ‏کاملاً احاطه کند، استفاده از پرتو یونی راحتتر است، که کندوپاش پرتو یونی نامیده میشود.
کندوپاش
پرتو یونی

اسلاید 11 :

انواع روشهای کندوپاش
در کندوپاش واکنشی، که کاربردهای الکترونیکی دارد، از گازهایی مانند ‏O2‎، ‏N2‎ و ‏H2S‏ استفاده میشود.
کندوپاش
واکنشی
سیستمهای پیچیدهتری برای لایه نشانی به روش کندوپاش وجود دارد که با آن میتوان از یک هدف که ترکیبی از مواد است، استفاده کرد تا لایهی ترکیبی ساخت.
متداولترین حالت، سیستم کندوپاش ساخت چند لایهایها است که هر لایه روی لایه زیرین خود قرار میگیرد و بیشتر مصارف الکترونیکی دارد.
برای توليد کربن شبه الماسی؛ از کندوپاش واکنشی استفاده میشود؛ که با وارد کردن منابع گازي هيدروكربني مانند متان، استيلن و يا هيدروژن همراه با گاز آرگون به داخل محفظه خلأ، کندوپاش در حضورگازهای فعال متان و . انجام میگیرد.

اسلاید 12 :

دستگاه کندوپاش
دستگاه کندوپاش میتواند طراحیهای مختلفی داشته باشد:
سیستم کندوپاش مغناطیسی
سیستم کندوپاش
با دیود موازی
سیستم کندوپاش
با دیود مسطح
سیستم کندوپاش تریودی

اسلاید 13 :

سیستم کندوپاش مغناطیسی
در سیستم کندوپاش مغناطیسی، میدان مغناطیسی در مجاورت کاتد، تلهای را برای ‏الکترونها تشکیل میدهد.
این میدان مغناطیسی چندان قوی نیست که بتواند یونها را تحت تأثیر قرار دهد.
الکترونها تحت تاثیر میدان یکنواخت الکتریکی دارای سرعت در جهت مستقیم میباشند.
در این نوع سیستمها، میدان مغناطیسی نیز وجود دارد، بنابراین الکترونها در ‏راستای میدان الکتریکی حرکت مارپیچ خواهند داشت و مسیر بیشتری را برای یونیزه کردن تعداد بیشتر اتمها میپیماید.

اسلاید 14 :

سیستم کندوپاش مغناطیسی
الکترونها در صورتی میتوانند از تله خارج شوند که انرژی آنها چند صد الکترون ولت باشد.
با برخورد الکترونهایی با انرژی چند صد الکترون ولت، اتمهای گاز تبدیل به یون میشوند.
از مزایای این دستگاه، گرم نشدن زیرلایه، نرخ بالای لایه نشانی و قابلیت لایه نشانی در سطوح بزرگ است.

اسلاید 15 :

سیستم کندوپاش با دیود موازی
سیستم کندوپاش با دیود موازی، سادهترین نوع سیستم است و ‏در آن هدف و زیرلایه به موازات یکدیگر قرار گرفتهاند.

اسلاید 16 :

سیستم کندوپاش با دیود مسطح
در سیستم کندوپاش با دیود مسطح، هدف و زیرلایه مجاور هم قرار میگیرند.
در این نوع سیستم در حین بمباران یونی، سطح زیرلایه نیز بمباران میشود و آلودگیهای آن تمیز میشود.
بیشترین ‏چسبندگی لایه با زیرلایه در این نوع سیستم حاصل میشود.
اما ‏در این نوع سیستم برای ایجاد پلاسما به فشارهای بالاتری نیاز است و در نتیجه حرکت بالستیک اتمهای کنده شده از هدف به حرکت نفوذی تبدیل میشود.
در واقع اتمهای کنده شده حین رسیدن به زیرلایه، با اتمهای محیط برخورد کرده و از مسیر خود منحرف میشوند و به دنبال آن نرخ لایهنشانی کاهش مییابد و همچنین باعث آلودگی ‏زیاد محفظه میشود.

اسلاید 17 :

سیستم کندوپاش تریودی
در سیستم کندوپاش تریودی، برای رفع مشکل سیستم دیود مسطح، از یک الکترود دیگر نیز استفاده شده است.
در سیستم تریود، یک فیلامان داغ به داخل قوس الکترون میتابد و میتواند در فشار پایین پلاسمای ‏شدید ایجاد کند.
این نوع سیستم در لایه نشانی ترکیبات پیچیده مانند لایههای ابررسانا و کاربردهای نیمهصنعتی به کار میرود.

اسلاید 18 :

مزایا و معایب
از مزایای کندوپاش این است که هر مادهای میتواند با این روش تبخیر و لایه نشانی شود.
بسیاری از مواد که طی یک فرایند شیمیایی قابل تولید نیستند و یا برای تبخیر حرارتی به حرارت ‏زیادی نیاز دارند، با استفاده از روش کندوپاش میتوانند لایه نشانی شوند.
در حین لایه نشانی به روش کندوپاش، سطح لایه میتواند به وسیله یونهای پرانرژی بمباران شود که به خاطر صدمه رساندن و یا کنده شدن اتمهای سطحِ لایه تشکیل شده روی زیرلایه، اتفاق خوشایندی محسوب نمیشود.

اسلاید 19 :

مزایا و معایب
به منظور کاهش برخورد یونهای منفی و کاهش اثر آنها دو رهیافت وجود دارد:
استفاده از فشار بالای گاز که در اثر برخوردهای ناخواسته یونهای منفی با اتمها و یونهای محیط پلاسما، انرژی آنها کاهش یابد .
کندوپاش بدون محور که زیرلایه در راستای هدف قرار ندارد.
این روش برای ایجاد لایههای نازک ابر رسانا در دماهای بالا به کار گرفته میشود.
از معایب آن کاهش سرعت لایه نشانی و محدودیت در استفاده برای زیرلایههای بزرگ است.

اسلاید 20 :

مزایا و معایب
از آن جایی که مواد فرومغناطیس قابلیت نفوذپذیری مغناطیسی بالایی دارند، برای لایه نشانی آنها به روش کندوپاش نمیتوان از کندوپاش مغناطیسی متداول استفاده کرد که از کندوپاش هدف نما استفاده میشود.
در این سیستم کندوپاش، از دو هدف استفاده میشود که به موازات یکدیگر قرار دارند و زیرلایه در بیرون منطقه پلاسما میباشد.
این چیدمان نه تنها مزایای کندوپاش مغناطیسی متداول را دارد، بلکه باعث میشود که میزان بمباران سطح لایه تشکیل شده روی زیرلایه به وسیله یونها کاهش یابد.