Foydalanuvchi:UmarRasulov/qumloq
Magnetron qurilmasi ish prinsipi. Ion-plazma va ion-nur usullari orqali yupqa plyonkalar hosil qilish.
Yupqa plyonkalarning (ayniqsa, bir necha nanometrli plyonka) xususiyatlari massiv materiallar xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Bunday anomal xususiyatlar nanokristallarning o‘lchamlari elektronning de-Broyl to‘lqin uzunligi bilan bir xil darajada bo‘lganda, o‘lchovli kvant hodisalarining namoyon bo‘lishi bilan bog‘liq.
O‘tgan asrning 70-yillarigacha yupqa plyonkalar asosan vakuumda o‘tqazish usuli orqali olingan. Biroq, yuqori vakuumda moddaning bug‘lanishi va kondensatsiyasi tufayli yuqori tezlikda plyonka o‘stirilsa ham, plyonka xususiyatlarining yetarli darajada strukturaviy mosligi ta’minlanmaydi (ayniqsa, murakkab tarkibli moddalarda).
Termovakuum usulida turli xil materiallar (jumladan, o‘tga chidamli va ko‘p komponentli materiallar) asosida yupqa plyonkalarni olish imkonsiz bo‘lgani sababli hozirgi vaqtda past haroratli plazma va ion nurlanishidan foydalanish yupqa plyonkalar olish imkonini beradi. Sanoat inshootlari va uzluksiz liniyalarda ion-plazma usulida plyonkalarni o‘stirish orqali ishlab chiqarishning butun siklini to‘liq avtomatlashtirishga imkon beradi.
Magnetron purkash - bu diodli katodli purkashning bir turi. Plyonkani olishning bu usuli ion-plazma usulida o‘stirishning keyingi vaqtlarda rivojlanayotgan usuli hisoblanadi.[24,25]
Ion-plazma usulida, nishonga qo‘yilgan qattiq jism atomlaridan ma’lum energiyaga ega ionlar hosil qilinib taglikka qo‘yilgan material sirtiga purkash orqali yupqa plyonka o‘stiriladi. Ion-plazma usulining termovakuum usulidan eng muhim farqlaridan biri bu purkalgan zarrachalarning yuqori energiyasidir. Bu zarralar, T ~ 2000 K da 0,15 eV energiya bilan bug‘langanlar zarralar bilan solishtirganda, ~ 4-5 eV energiyaga ega, bu esa purkalgan zarralarni qisman taglikka kirib, plyonkaning taglikka yuqori darajada yopishishini ta’minlaydi[44].
Laboratoriyamizda mavjud bo‘lgan PVD DESK-PRO magnetronli purkash qurilmasining tashqi ko‘rinishi quyidagi 20-rasmda ko‘rsatilgan.
20-rasm. PVD DESK-PRO magnetronli purkash qurilmasining tashqi ko‘rinishi.
Yuqoridagi magnitron qurilmasi quyidagi xarakteristikaga ega:
1) vakuum darajasi 10-6 torr;
2) nishon diametri 75 mm;
3) plyonkaning o‘sish tezligi - 0,3÷3 nm/min;
4) plyonka qalinligini o‘lchash aniqligi - 0,1 Å.
Magnitronli purkash tizimida ikkilamchi elektronlar magnit maydon ta’sirida harakatga kelib, taglikni bombardimon qiladi, bu nisbatan past haroratda yuz beradi. Bu usul past temperatura barqarorlikka ega bo‘lgan materialdan tayyorlangan tagliklarni plyonka bilan qoplashda bunday tizimlardan foydalanish imkonini beradi[24].
Ion-plazma usuli bir qator afzalliklarga ega:
- o‘tga chidamli erimaydigan materiallardan plyonkalarni olish imkoniyati, chunki sochilish jarayoni materialning erishini talab qilmaydi;
- gaz chiqarish plazmasiga kimyoviy faol gazlarni kiritish orqali turli birikmalarning (masalan, oksidlar, nitridlar, silitsidlar) plyonkalarini olish imkoniyati;
- ko‘p komponentli materiallarni o‘stirish jarayonida plyonkalarning stexometrik tarkibini saqlash;
- sochilgan zarrachalarning yuqori energiyasi epitaksial o‘sishning minimal haroratini pasaytirishni ta’minlaydi;
- taglikni va o‘sib borayotgan plyonkani ion bombardimonidan oldin yoki plyonka o‘sish jarayoni tugagandan keyin tozalash imkoniyati.
Ion-plazma jarayonida nishon va taglik atrofida plazma hosil bo‘ladi.
Ion-plazma jarayonida plyonka o‘stirish uchta asosiy bosqichni o‘z ichiga oladi:
- nishondagi materialning sochilishi
- purkalgan materialning nishondan taglikka o‘tish jarayoni
- taglikda materialni o‘stirish jarayoni
Qattiq jism holatidagi nishonni energetik ionlar bilan bombardimon qilishda agar bombardimon ionining energiyasi ma’lum chegara qiymatidan oshib ketgan bo‘lsa, nishon materialning sochilishiga olib keladi.
Amaliy jihatdan sochilishning muhim xarakteristikalari - sochilish koeffitsiyenti bombardimon ionlarining energiyasiga va ularning yuza normaliga nisbatan tushish burchagiga bog‘liq. Sochilish paytida qattiq moddadan ajraladigan zarralar asosan neytral atomlardan iborat bo‘lib, ularning bir qismini ionlar va klaster tipidagi maxsus atomlar tashkil etadi. Nishon-taglik fazosida sochilgan material zarralari harakatining tabiati zarrachalarning ishchi gaz atomlariga tarqalish ehtimoli bilan aniqlanadi, shuningdek bosim nishon va taglik orasidagi masofaga bog‘liq. Past bosimlarda va kichik masofalarda sochilgan zarrachalarning uzatilishi deyarli to‘g‘ri chiziqda sodir bo‘ladi, chunki bunday sharoitlarda zarrachalarning tarqalish ehtimoli juda kichik.
O‘zgarmas tokda ionli purkash qurilmalari asosan elektr o‘tkazuvchanligi yetarlicha yuqori bo‘lgan metallar va qotishmalardan tayyorlangan nishonlarni purkash uchun ishlatiladi.
Bu yerda ionlarni sochish diodli tizim yordamida inert gazning chaqnashi bilan amalga oshiriladi, katod vazifasini purkaladigan nishon materiali, taglik vazifasini yerga ulangan anod bajaradi (21-rasm).
21-rasm. Diod tipidagi katodli purkash moslamasining sxemasi.
1 - yuqori kuchlanishli klemma; 2 – katod ekrani; 3 - katod; 4 - taglik; 5 - anod; 6 – ishchi gaz oqimi; 7 - nasos tizimiga ulangan trubka; a - razryad katod sohasining uzunligi.
Uchqun razaryadi ikki keskin farq qiluvchi hududning mavjudligi bilan tavsiflanadi: qisqa uzunlikdagi katod hududi, unda potensialining pasayishi tufayli razryad vaqtida yaxshi elektr o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan plazma hosil bo‘ladi.
Ishchi gaz sifatida odatda argon ishlatiladi. Diodli tizimda ionlarni sochish jarayonida katod ikkita funksiyani bajaradi: biri nurlanish zaryadini ushlab turish uchun elektronlar manbai, ikkinchisi purkaladigan materialning manbai.
Nishon (minus potensial) va anod (musbat yoki nol potensial) o‘rtasida doimiy kuchlanish qo‘llanilganda, ishchi gazda bir xil bo‘lmagan elektr maydoni paydo bo‘ladi, anomal uchqun razryad hosil bo‘ladi.
Yopiq nishon yuzasi yaqinida yopiq magnit maydonning mavjudligi to‘g‘ridan-to‘g‘ri nishonga tushirish plazmasini lokalizatsiya qilish imkonini beradi. Magnit maydon chiziqlarining kirish va chiqish nuqtalari o‘rtasida joylashgan nishon sirtiga intensiv ravishda berk chiziqlar bo‘ylab yo‘naladi, uning geometriyasi magnit tizim qutblarining shakli bilan belgilanadi. Ion bombardimoni ta’sirida katoddan chiqarilgan elektronlar magnit maydon tomonidan ushlanib, nishon yuzasiga yaqin yopiq traektoriyalar bo‘ylab murakkab sikloid harakatni amalga oshiradi. Bir taraflama magnit maydoni hosil qilinishi natijasida elektronlar go‘yoki tuzoqqa tushganga o‘xshaydi, ya’ni katod sirti va nishon orasida qaytib aylanib yuradi. Ushbu tuzoqda elektronlar ishchi gazning atomlari bilan bir nechta ionlashtiruvchi to‘qnashuvlar sodir bo‘lgunga qadar aylanib yuradi, buning natijasida elektron elektr maydonidan olingan energiyasini yo‘qotadi. Elektron energiyasining katta qismi, anodga yetib borgunga qadar, ishchi gaz atomlarini ionlash va qo‘zg‘atishga sarflanadi, bu ionlash jarayonining samaradorligini sezilarli darajada oshiradi va nishon sirtida musbat ionlar konsentratsiyasining oshishiga olib keladi.
Bu, o‘z navbatida, nishonni ion bombardimon qilish intensivligining oshishiga va sochilish tezligining sezilarli darajada oshishiga olib keladi, natijada plyonkaning o‘sishi tezlashadi.
Asosiy ishchi xarakteristikalar (MPC): elektrodlardagi kuchlanishlar (0,3-0,8 keV), nishondagi tok zichligi va solishtirma quvvat, magnit maydon induksiya qiymati (0,03-0,1 T) va ishchi bosimi (10-2 - 1 Pa).
Ion-nur sintezi ion implantatsiyasi yordamida yupqa plyonkalar hosil qilishga asoslangan. Plyonkalarni olishning boshqa ion-plazma usullaridan farqli o‘laroq, ion-nur sintezida implantatsiya qilingan ionlarning energiyalari ancha yuqori: ular o‘nlab keV dan MeV birliklarigacha. Bunday holda, implantatsiya qilingan ionlarning dozalari 1016 ion/cm2 dan ortiq, ya’ni implantatsiya qilingan atomlarning konsentratsiyasi yangi fazaning kerakli miqdorini hosil qilish uchun yetarli. Sintezlangan fazalar bevosita implantatsiya paytida amorf yoki kristall holatda yupqa sirt qatlamida (<1 m) hosil bo‘ladi.
Sintezlangan birikmaning tuzilmalari va kristallanishini yaxshilash yoki keyingi kimyoviy reaksiyalarni amalga oshirish uchun qo‘shimcha ravishda temperatura yoki impulsli lazer, elektron, ion va boshqa turdagi ishlov berishlar qo‘llaniladi.