Іонно-плазмові системи з комбінованими електричними і магнітними полями для мікро- і нанотехнологій

М. О. Азарєнков, С. В. Дудін, О. В. Зиков, В. І. Фаренік, С. Д. Яковін

Анотація


Огляд присвячено дослідженням процесів генерації та транспортування іонних потоків у плазмових системах з комбінованими електричними і магнітними полями, які широко використовуються в технологіях іонно-плазмової обробки поверхні. Вивчено процеси виникнення та інтегральні характеристики газових розрядів у пристроях з комбінованими електричними (постійним, високочастотним, потенціальним, вихровим) і магнітними (постійним, змінним) полями на базі планарного магнетронного розряду в прискорювальному і плазмовому режимах, ВЧ-індукційного розряду, комбінованих індукційно-ємнісного і індукційно-магнетронного розрядів. Наводяться аналітичні вирази для енергетичної ціни іона і коефіцієнта іонізації для ансамблю електронів  з різною функцією розподілу по енергіях і розраховано криві запалювання і пробою трьох типів газового розряду постійного струму в магнітному полі. Експериментально і теоретично доведено змінювання рівноважної температури плазмових електронів у планарному магнетронному розряді через існування групи високоенергетичних електронів, густина яких залежить від питомої потужності в розряді. Ця залежність визначає вольт-амперну характеристику розряду при низькому тиску робочого газу. Експериментально встановлено і теоретично обґрунтовано принципову роль асиметрії електродів у енергобалансі ВЧ індукційно-ємнісного розряду, її вплив на сумарну енергетичну ціну іона і енергетичну ефективність плазмових реакторів  і джерел іонів, визначено енергетично оптимальні співвідношення площ електродів залежно від енергії іонів. Проведено систематизацію процесів генерації та транспортування іонних потоків у плазмових системах з комбінованими ЕН полями на основі дрейфової теорії, визначено загальні параметри подібності та закономірності іонно-плазмових систем на основі фундаментальних положень фізики газового розряду, низькотемпературної плазми і законів збереження частинок, імпульсу і енергії.

 


Ключові слова


газовий розряд; іонно-плазмові системи; магнетронне розпорошення; наноелектроніки; низькотемпературна плазма;схрещені EH поля

Повний текст:

PDF

Посилання


Данилин Б. С., Киреев В. Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 204 с.

Маишев Ю. П. Ионные и ионно-плазменные системы и пути их развития для задач микроэлектроники // Микроэлектроника. — 1977. — Т. 3, № 2. — С. 31–42.

Zhurin V. V. Industrial Gridless Broad Beam Ion Sources and the Need for Their Standardization. Part 4B. Hall-Current Ion Sources, Problems and Solutions. Standardization of Ion Sources // Vacuum Technology & Coating. — 2009. — P. 40–49.

Барченко В. Т., Быстров Ю. А., Колчин Е. А. Ионно-плазменные технологии в электронном производстве. — СПб.: Энергоатомиздат, 2001. — 331 с.

Brown J. G. The Physics and Technology of Ion Sources. — Hardcover, 1989. — 444 p.

Берлин Е. В., Сейдман Л. А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологи. — М.: Техносфера, 2010. — 528 с.

Кадыржанов К. К., Комаров Ф. Ф., Погребняк А. Д. и др. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. — 640 с.

Бабинов Н. А., Барченко В. Т., Кузьмичев А. И. и др. Физика и технология плазменных эмиссионных систем. — СПб.: Издво СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. — 263 с.

Zhurin V. V. Industrial Ion Sources. — Weinheim, Germany: Wiley — VCH Verlog GmbH & Co. KGaA, 2012. — 307 p.

Kaufman H. R. Technology of ion beam sources in sputtering // J. Vac. Sci. Technol. — 1979. — Vol. 15, No. 2. — P. 272–276.

Габович М. Д., Гусева М. И., Юрасова В. Е. Ионная физика и технология. — Киев: Препр. Инст. физики АН УССР, 1990. — 62 с.

Rius G., Llobet J., Esplandiu M. J., Sole L., Borrise X., Perez-Murano F. Using electron and ion beams on carbon nanotube-based devices. Effects and considerations for nanofabrication // Microelectronic Engineering. — 2009. — Vol. 86. — P. 892–894.

Sugawara M., Stansfield B. L. Plasma etching: fundamentals and applications. — USA: Oxford University Press, 1998.

Roth J. R. Applications to Nonthermal Plasma Processing. Industrial Plasma Engineering // J. Reece Roth. — CRC Press, 2001. — Vol. 2. — 645 p.

Chen F. F., Chang J. P. Lecture notes on Principles of plasma processing. — Kluwer, 2002. — 249 p.

Смирницкая Г. В. Нгуэн-хыу-Ти. Зажигание разряда в трубке Пеннинга и в цилиндрическом магнетроне при низких давлениях // ЖТФ. — 1969. — T. 39, № 4. — С. 694–703.

Рейхредель Э. М., Смирницкая Г. В., Егизарян Г. А. Диаграммы состояний разряда

с осциллирующими електронами // ЖТФ. — 1973. — Т. 43, № 1. — С. 130–135.

Тюрюканов П. М., Фетисов И. К., Ходатенко Г. В. Условия зажигания разряда низкого давления в скрещенных аксиально-симметричных однородном электрическом и неоднородном магнитном полях // ЖТФ. — 1978. — Т. 48, № 8. — С. 1629–1636.

Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — М.: Наука, 1987. — 590 c.

Lieberman M. A., Lichtenberg A. J. Principals of Plasma Discharge and Material Processing. — John Wiley and Sons, 1994. — 572 p.

Jamirzoev A., Yakovin S., Zykov A. Characteristics of discharge in crossed EH fields near breakdown curve in acceleration and plasma regime // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics. — 2013. — No. 1. — Р. 186–188.

Jamirzoev А., Yakovin S., Zykov A. Low pressure gas discharge in magnetically insulated diode // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics. — 2015. — No. 1. — P. 259–262.

Zykov А. V., Azarenkov N. A. Ignition and break-down of the gas discharge in magnetic field // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics. — 2015. — No. 4. — P. 224–228.

Дудин С. В., Зыков А. В., Ушаков А. В. Особенности динамики электронов в аксиально-неоднородном прианодном ЕН слое разряда низкого давления // Письма в ЖТФ. — 1995. — T. 21, № 2. — С. 25–30.

Дудин С. В., Зыков А. В., Ушаков А. В., Фареник В. И. Функция распределения электронов ионно-пучковой плазмы в неоднородных ЕН полях // Письма в ЖТФ. — 1996. — Т. 22, № 23. — С. 43–48.

Зыков А. В., Дудин С. В., Яковин С. Д. Стационарные режимы магнетронного разряда // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 264–275.

Thornton I. A. Magnetron sputtering: basic physics and application to cylindrical magnetron // J. Vac. Sci. Technol. — 1978. — Vol. 15, No. 2. — Р. 171–177.

Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. — М.: Радио и связь, 1982. — 72 с.

Берлин Е. В., Сейдман Л. А. Получение тонких пленок реактивным магнетронным распылением. — М.: Техносфера, 2014. — 256 с.

Яковін С. Д., Зиков О. В., Дудін С. В., Фаренік В. І., Юнаков М. М. Іонно-плазмова система для реактивного магнетронного нанесення покриттів // Фізична інженерія поверхні. — 2014. — Т. 12, № 3. — С. 428– 439.

Keller J. H. Inductive plasmas for plasma processing // Plasma Sources Sci. Technol. — 1996. — Vol. 5. — P. 166–172.

Зыков А. В., Положий К. И. Стационарные состояния ВЧ индукционного разряда низкого давления вблизи порога погасання // Письма в ЖТФ. — 2000. — Т. 26, № 11. — С. 68–74.

Gapon A. V., Dahov A. N., Dudin S. V., Zykov A. V., Azarenkov N. A. 2D fluid model for interactive development of ICP technological tools // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics. — 2006. — No. 6. — P. 186–188.

Denysenko I., Dudin S., Zykov A., Azarenkov N. Ion flux uniformity in inductively coupled plasma sources // Physics of Plasmas. — 2002. — Vol. 9, No. 11. — P. 4767–4775.

Polozhiy K. I., Zykov A. V., Farenik V. I. The energy balance of the asymmetric combined inductive-capacitive RF discharge at a low gas pressure // Problems of atomic science and technology. Series Plasma physics. — 2003. — No. 1. — P. 130–132.

Walkowicz J., Miernik K., Dudin S., Zykov A., Farenik V. Pulsed-plasma assisted magnetron methods of depositing TiN coating // Surface and coating technology. — 2000. — Vol. 125. — P. 341–346.

Walkowicz J., Zykov A., Dudin S., Yakovin S., Brudnias R. ICP enhanced reactive magnetron sputtering system for syntesis of alumina coating // Tribologia. — 2006. — No. 6. — P. 163–174.

Габович М. Д. Ионно-пучковая плазма и распространение компенсированных ионных пучков // УФН. — 1977. — Т. 121, № 2. — С. 259–284.

Габович М. Д. Компенсированные ионные пучки // УФЖ. — 1979. — Т. 24, № 2. — С. 257–273.

Nir D. Dynamic interaction of floating substrate with an ion beam from a three grid microetch system operated without neutralizer // Vacuum. — 1986. — Vol. 36, No. 6. — P. 317–321.

Ивановский Г. Ф., Петров А. П. Плазменная обработка материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 218 с.

Петров В. И., Ивановский Г. Ф., Маишев Ю. П. Влияние степени зарядовой нейтрализации на электрофизические параметры // ПТП. Сер. «Микроэлектроника». — 1975. — Т. 3, № 1 (41). — С. 66–71.

Зыков А. В., Марущенко Н. Б., Фареник В. И. Роль γ-электронов в механизме автокомпенсации ионного пучка // Письма в ЖТФ. — 1989. — Т. 15, № 9. — С. 9–13.

Дудин С. В., Зыков А. В., Фареник В. И. Функция распределения электронов в ограниченном пространстве транспортировки автокомпенсированного ионного пучка низкой энергии // Письма в ЖТФ. — 1991. — T. 17, № 6. — С. 22–26.

Dudin S. V., Zykov A. V., Farenik V. I. Low Energy Intcuse Ion Beam Space Charge Neutralization // Review of Scientific Instruments. — 1994. — Vol. 65, No. 4, part II. — P. 1451–1453.

Дудин С. В., Зыков А. В. Влияние термоэлектронной эмиссии на компенсацию объемного заряда широкого пучка ионов низкой энергии // Письма в ЖТФ. — 1994. — T. 20, № 11. — C. 58–63.

Dudin S. V., Rafalskyi D. V., Zykov A. V. High homogeneity 25 cm low-energy rf ion source with inherent electron compensation // Review of Scientific Instruments. — 2010. — Vol. 81, No. 8. — Р. 083302 (1–6).

Дудин С. В., Рафальский Д. В., Зыков А. В. Широкоапертурный высокочастотный источник ионов низкой энергии с электронной компенсацией // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2010. — № 2. — С. 52–55.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.