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

  • М. О. Азарєнков Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
  • С. В. Дудін Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
  • О. В. Зиков Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
  • В. І. Фаренік Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України, Харків
  • С. Д. Яковін Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
Ключові слова: газовий розряд, іонно-плазмові системи, магнетронне розпорошення, наноелектроніки, низькотемпературна плазма, схрещені EH поля

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.

 

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

М. О. Азарєнков, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
с.н.с.
С. В. Дудін, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
с.н.с.
О. В. Зиков, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
В. І. Фаренік, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України, Харків
с.н.с.
С. Д. Яковін, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
с.н.с.

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.
Опубліковано
2017-11-14
Як цитувати
Азарєнков, М., Дудін, С., Зиков, О., Фаренік, В., & Яковін, С. (2017). Іонно-плазмові системи з комбінованими електричними і магнітними полями для мікро- і нанотехнологій. Журнал фізики та інженерії поверхні, 2(2-3), 119 - 142. Retrieved із https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/9575