Co to jest reaktywne rozpylanie?
Reaktywne rozpylanie jest odmianą procesu rozpylania plazmowego stosowanego do osadzania cienkiej warstwy na materiale podłoża. W tym procesie materiał docelowy, taki jak aluminium lub złoto, jest uwalniany do komory z atmosferą wykonaną z dodatnio naładowanego gazu reaktywnego. Gaz ten tworzy wiązanie chemiczne z materiałem docelowym i osadza się na materiale podłoża jako związek.
Podczas gdy normalne rozpylanie plazmowe odbywa się w komorze próżniowej pozbawionej atmosfery, reaktywne rozpylanie zachodzi w komorze próżniowej z atmosferą niskiego ciśnienia utworzoną z gazu reaktywnego. Specjalne pompy w maszynie usuwają normalną atmosferę, która składa się z węgla, tlenu i azotu między innymi pierwiastkami śladowymi i wypełniają komorę gazem, takim jak argon, tlen lub azot. Reaktywny gaz w reaktywnym procesie rozpylania ma ładunek dodatni.
Materiał docelowy, taki jak tytan lub aluminium, jest następnie uwalniany do komory, również w postaci gazu, i poddawany działaniu pola magnetycznego o dużym natężeniu. To pole zamienia docelowy materiał w jon ujemny. Ujemnie naładowany materiał docelowy jest przyciągany do dodatnio naładowanego materiału reaktywnego, a dwa elementy wiążą się przed osadzeniem na podłożu. W ten sposób można wytwarzać cienkie warstwy ze związków takich jak azotek tytanu (TiN) lub tlenek glinu (Al2O3).
Reaktywne rozpylanie znacznie zwiększa szybkość, z jaką cienki film może być wykonany ze związku. Podczas gdy tradycyjne rozpylanie plazmowe jest odpowiednie przy tworzeniu cienkiej warstwy z jednego elementu, tworzenie złożonych filmów zajmuje dużo czasu. Wymuszenie wiązania chemikaliów w ramach procesu cienkowarstwowego pomaga przyspieszyć tempo osadzania się na podłożu.
Ciśnienie wewnątrz reaktywnej komory napylania musi być starannie kontrolowane, aby zmaksymalizować wzrost cienkiej warstwy. Przy niskim ciśnieniu tworzenie filmu zajmuje dużo czasu. Przy wysokim ciśnieniu reaktywny gaz może „zatruć” powierzchnię docelową, czyli wtedy, gdy materiał docelowy otrzymuje swój ładunek ujemny. To nie tylko zmniejsza szybkość wzrostu cienkiego filmu na podłożu poniżej, ale także zwiększa szybkość zatrucia; im mniej jest cząstek ujemnych, tym mniej wiązań chemicznych mogą utworzyć z dodatnio naładowanym reaktywnym gazem, a zatem im bardziej reaktywny gaz zatruwa docelową powierzchnię. Monitorowanie i regulacja ciśnienia w systemie pomaga zapobiegać zatruciu i umożliwia szybki wzrost cienkiego filmu.