离子束证言 - 应用和好处由牛津仪器等离子技术

包括的事宜

概览
什么是离子束来源?
从牛津仪器的离子束来源
     网格
     中性化器
基本的双重离子束飞溅房间设置
材料的证言使用离子束证言的
影片控制属性和增长使用工具的从牛津仪器
离子束证言和低压环境
离子束证言和表面预洗并且摄制压力控制
离子束存款影片的质量
离子束证言的可靠性和增殖率
离子束证言的应用
     激光棒涂层
     唯一洞补白
     三个洞镜子
     环式激光器陀螺仪
汇总

概览

本文存在离子束技术回顾。 在此复核离子束技术的证言进程的,当与技术比较例如等离子或蒸发 (PVD) 将存在主要应用和好处使用。 要开始从,概览离子束如何被生成将被描述。 这将由关于离子束技术的一些有利应用的介绍和论述然后跟随。

什么是离子束来源?

本质上,离子束来源是等离子来源符合一套网格使离子流被提取。 我们的离子束来源有下列三个主要零件: 放电房间、网格和中性化器。

离子在放电房间被生产通过从属于气体 (通常氩) 对 RF 域。 气体被投向与一个 RF 关闭的框形天线的石英或氧化铝房间在它附近。 RF 域激发自由电子,直到他们有足够的能源闯进气体原子离子和电子; 这指 “电感耦合 “。 气体因而被电离,并且等离子被设立。 在天线的端到端 RF 电压可能到达上限值。 此电压的作用对离子可以是将创建高度被加强的离子的静电力。 虽然此作用将使离子源容易开始,这些离子将通过飞溅,损坏它和创建污秽腐蚀离子源在这个进程中; 这指 “电容耦合”。

从牛津仪器的离子束来源

在牛津离子源,电容耦合通过安置在石英房间里面的静电盾允许仅 RF 磁性要素抑制调用能源到气体原子。 静电盾防止这个电场,被生成在 RF 天线的卷间,输入离子源。 它也帮助破坏从存款的所有持续执行的涂层在可能筛选和减少 RF 功率的等离子生成效率石英等离子管的于。

网格

网格的角色根本是加速与一种高速度的离子。 一般,我们的网格集由二或三网格做成 (参见图 1a)。 网格有与许多开口的一个特定孔网; 它是形成这条射线所有各自的 beamlets 的组合。 相互网格分隔和网格曲度根据根据目标范围将被飞溅或沉积率需要的,例如这种应用也是重要的。

我们的离子源生产与可以从离子源被提取通过与一个明确定义的能源的网格,并且不导致网格结构的任何重大的侵蚀的慢的 (冷) 离子 (<1eV) 的低温等离子。

就三网格系统而论,特定应用的电位差或电压在网格间为离子提供驱动力。 与等离子联系的内在网格,称 “屏栅极”,是设置射线电压或能源的那个。 这被设置在正潜在相对陆运。 一次通过屏栅极漏洞,负电位相对陆运并且负相对屏栅极用于加速离子。 总电位差表示这条射线的提取电压。 第三 “减速箱”网格被接地和帮助射线准直 (减少这条射线的分歧),通常抑制后面放出的电子并且减少被飞溅的材料返回的再沉淀在加速数网格和于上的这个来源。 这为网格清洁反过来增加在停机之间的期间并且使网格清洗更加容易。 提取的离子的最终能源与集射线能源是等于的 (V)B (参见图 1b)。

图 1。 三网格射线形成结构

中性化器

终于,构成牛津离子源的第三个要素是中性化器,基本上是电子来源平衡离子充电在这条射线的以便减少导致射线分歧的空间电荷作用通过离子相互厌恶和为了防止充电这个有启发性薄酥饼或目标。 通常,更多电子从中性化器比从这个来源的离子散发,然而这些通常直接地不结合以离子流形成中立原子。 射线分歧是许多参数、 V (射线电压B), I (射线当前B), V (加速数电压A), I (中性化器当前N) 等等的功能和也是受分散根据房间压的气体的影响的,是一个原因尽可能低保留房间压。 交往是复杂的,并且优化是平衡多种参数的进程,直到这个预期的结果得到。

基本的双重离子束飞溅房间设置

基本的 DIBS (飞溅双重的离子束) 房间设置,参见下面的图 2,包括准确地集中在一个目标上的被中立化的离子束以最小的溢出物以便避免存款的影片的污秽的证言来源。 这启用材料例如澳大利亚、哥斯达黎加、钛、 Pt 金属跟踪的,磁性材料例如 Fe, Co、例如 SiO、 AlO 等等2存款的23 Ni、等等或者电介质 (列表是非详尽的)。

它也包括可能执行多种功能的协助/铭刻来源: 它可以用于铭刻 (或离子磨房) 这个基体; 它可能提供 “援助”给证言进程通过炮击这部存款的影片可能由实际并且/或者化学效应改进或修改影片属性或化学计量学的精力充沛的离子; 它可能也使用作为低能源预洗这个基体在证言之前。 有时,此来源使用,不用网格作为 ` 热量’被激活的基的等离子来源存款的材料的化工修改的,当使这个基体的实际炮击减到最小时。

Ionfab 工具只可能也供应以一个或其他上述离子源,任一为协助或铭刻没有对于这个进程是必需的证言,或者作为没有需要证言的蚀刻/碾碎/表面修改工具。

图 2. Ionfab 系统的概要视图

材料的证言使用离子束证言的

存款的某些最公用的材料是氧化物例如 AlO23、陶25、 SiO2 和 TiO2 (通常从 AlO23、 Ta、 Si、 SiO2 和钛目标和与 O2 被添加到处理气体)。 的确, O2 可以被引入直接地到这个房间或通过证言和协助来源; 这在被飞溅的金属原子被氧化可能在这个目标,在运输期间到这个基体或在这个基体的易反应的模式下允许化学计量学的电介质存款二者之一从一个 stochiometric 电介质目标,在飞溅期间的氧气取尽被替换,或者从一个金属目标,如果使用氧气轴承协助射线或等离子。 第二个源可能为基体也使用预洗对,例如,请达到影片的被改进的黏附力或在证言时去除当地氧化物,或者,当实际协助进一步 densify 影片。

同样可以为氮化物证言,即使用罪孽34 目标和 N 的34 罪孽执行在2 房间或协助来源。 其他,异乎寻常更多的 `’,材料,例如 MgF、 LaF2、 NbO32 ZrO5、 YO32 HfO3 YF23 ,可能由 (飞溅易反应并且/或者协助解决的) 的离子束也存款,并且列表包括这样材料象要求X 非常处理气体比例准确的控制允许非常详细的热电属性为敏感热成象应用达到的 VO。

影片控制属性和增长使用工具的从牛津仪器

我们的工具也允许这个基体被转动和倾斜相对飞溅涨潮方向启用 ‘进一步调整’电影发展/属性以及步骤覆盖范围控制证言的在表面拓扑上。 沉积率低于蒸发,但是这准许与一个更加再现和更加可预测的沉积率的更多控制允许非常准确的厚度控制通过计时。 材料在一个低温环境里比蒸发也被飞溅并且存款。 实际基体温度可能因而被保持非常低在处理期间使用被提供的氦气后侧方冷却的功能。

离子束证言和低压环境

离子束证言在一个低压环境里运行 (在 10-4 乇范围或比飞溅标准的磁控管请降低),因此其中任一飞溅在这部影片的气体 (即 Ar) 包括是无足轻重问题 (象也真实对蒸发)。 也禁止被飞溅的材料热化离子和被飞溅的材料的平均自由程非常地相应地被增加,造成存款的原子动能 (典型地在 1 到 100 eV 之间) 高于,例如,一旦被蒸发的原子。

离子束证言和表面预洗并且摄制压力控制

从基体准备和影片重点通常是问题的原因在黏附力的浓厚涂膜的,离子束证言可能提供表面由第二个离子源预洗和影片压力控制。 而且,离子束证言不遭受在蒸发’经常看到的 ‘分散的问题。

离子束存款影片的质量

存款影片质量可能分开成光学和机械类别:
薄膜的光学性能描绘的是为下列质量:

  • 透射率 (与分散性值和同质性相关)
  • 吸收 (与透明度属性相关)
  • 消散 (与地面粗糙度和数量缺陷相关)

我们专用的离子束光学涂料工产生好消散损失结果由于平稳的影片证言。 在 Si 薄酥饼的图 3 下面显示 SiO 和 TiO 氧化物2 层的有些2 示例。 0.22nm rms 的地面粗糙度在34 Si 薄酥饼存款的罪孽的也被评定了。

图 3. 地面粗糙度由 AFM 的评估评定

离子束证言的可靠性和增殖率

然而,如果同样结果将获得为了能存款的下部影片除非常好的影片平滑性之外,离子束工具必须有可靠和再现来源。 当存款多层涂层时,胶片厚度和 R.i. 增殖率是非常重要的。

在下面的表 4 显示陶25 证言三连续的运行被评定在一 8" 在 Si 薄酥饼存款的薄酥饼。 图 5 显示对应的 R.i. 反复性获得在同样三连续的证言运行。 图 6 显示罪孽证言均一的34 示例 100mm 在与 ±0.1% R.i. 均一的 Si 薄酥饼。 图 7 显示 SiO 证言均一的2 示例 200mm 在与更好比 ±0.1% R.i. 均一的 Si 薄酥饼与 5mm 边缘排除。 可以注意到曲线的另外配置文件与陶25 证言比较与影响射线分歧的不同的台板确定和射线参数链接。

在 200mm Si25 薄酥饼的图 4. 陶证言均一三连续的运行

图 5. 陶的 R.i. 可重复的25 散射三连续的运行

在 Si 薄酥饼的34 图 6. 罪孽证言均一 100mm

在 Si 薄酥饼的2 图 7. SiO 证言均一 200mm

离子束证言的应用

有些示例如下所示应用我们的工具使用为:

  • 激光棒涂层
  • 唯一洞补白
  • 三个洞镜子
  • 环式激光器陀螺仪

激光棒涂层

  • 激光各自的棒的棒涂层在两个小平面: 与一块 (AR) 8 块层陶/SiO 涂层的双倍波长的25抗反射膜2 参数。
  • 传输 @532nm : 99.815%
  • 传输 @1064nm : 99.390%

图 8. 与涂上陶/SiO 的 8 块层的反反映涂层 (AR25) 涂层2

唯一洞补白

在下面的表 9 能被看见理论上的透射率如计算与 MacLeod 与存款多层扫描一起评定与分光光度表

  • 锐化插入损耗 - 0.08dB
  • FWHM = 2.021nm
  • 中心波长: 1553.4 毫微米,
  • 40 个 QW

图 9. 唯一洞透射率

三个洞镜子

图 10 下面显示插入损耗扫描与波长。

  • 中心波长 1549.8nm (ITU = 1549.72nm)
  • 入场带带宽 (@ - 0.5dB) = 1.07nm
  • 终止范围带宽 (@ - 25dB) = 2.7nm
  • 插入损耗 (@1549.7nm :193.45THz) = -0.086dB

图 10. 插入损耗扫描与三个洞镜子的波长

环式激光器陀螺仪

图 11 为 633nm 设计的下面镜子的显示传输扫描在 45°。

  • 镜子损失 <60ppm
  • 均一 <±0.0005
  • 地面粗糙度 <1Å

图 11. 为 633nm 设计的镜子的传输扫描在 45°

我们的一些客户达到全面损失在他们的环式激光器陀螺仪镜子的 20 ppm 以下。 洁净室环境和工艺过程最佳化以及系统准备是关键的为了全面损失能将被保留对最小数量。

应用列表是广泛的与显示的仅一些个示例。 多层涂层的许多类型是可行的,并且,根据需要的涂层、处理量和质量的种类,多种平均值可以为监控提供他们的增长例如石英晶体监控程序或在原处光学监控。

汇总

被看见了以上,离子束证言提供的主要福利是:

  • 高表面质量
  • 密集的平稳的影片
  • 非常低分散
  • 非常低光学损失
  • 非常运行处理反复性的好运行
  • 非常好的均一
  • 最大的灵活性
  • 应用范围

来源: 牛津仪器等离子技术

关于此来源的更多信息请参观牛津仪器等离子技术

Date Added: Nov 25, 2010 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:38

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