Wiederholung: Die Sputterausbeute. n = <n> = mittlere Anzahl der pro Einschuß emittierten Teilchen n + = Anzahl der auftreffenden Ionen

Transkript

1 Wederholung: De Sputterausbeute Y n n + <n> mttlere Anzahl der pro Enschuß emtterten Telchen n + Anzahl der auftreffenden Ionen Y hängt von mehreren Ionen- und Materalparametern ab.

2 Wederholung: Sputterregmes Sngle Knock On + Fresetzungsvolumen: ca. 1 nm 3 Lneare Stosskaskade + Thermal Spke +

3 Wederholung: Energevertelung be Emsson De Energevertelung gesputterter Telchen unterschedet sch deutlch von jener thermsch evaporerter Atome!

4 Wederholung: Wnkelvertelung be Emsson α n1 n>1 n<1 n( α) cos n α n 1 E < 1 kev n > 1 E > 1 kev

5 Wederholung: Sputtern von Legerungen Be ener glechmässgen Vertelung von Materalen verschedener Sputterausbeuten entsprcht (nach ener Enlaufphase) de Dampfstrahlzusammensetzung der ursprünglchen Targetzusammensetzung.

6 Wederholung: Reaktve Prozesse (TN) Druck n der Kammer n Abhänggket vom N -Fluss: 0. ken Plasma Totaldruck [Pa] C metallsch D A N -Fluss [sccm] Zunächst wrd aller Stckstoff verbraucht; Optmal wäre der nstable Arbetspunkt A. B ntrdsch

7 Gasphasentransport Substrat Masse Quelle (wassergekühlt) V! Modfkaton der Energe- und Wnkelvertelung des Beschchtungsgutes bem Transport von der Quelle zum Substrat + Beschchtungsgut Arbetsgas, onsert oder neutral

8 Beschchtungstelchen durchquert Gasphase E ϕ E' ϕ' E' E E ϕ ' ϕ ϕ Vor dem Stoss Nach dem Stoss Pro Stoss erledet das Beschchtungstelchen enen mttleren Energeverlust E und ene mttlere Wnkeländerung ϕ.

9 Mttlerer Energeverlust I Anfangsbedngung: Telchen 1 n Ruhe, Telchen bewege sch. Betrachte den Energeverlust von Telchen. E' E µ (1 + µ ), µ m m E E... Energe Telchen vor dem Stoss E'... Energe Telchen nach dem Stoss 1, E 1 E' E Lechtes Arbetsgas: µ 0.1 E' / E 0.83 Gleche Massen: µ 1 E' / E 0.5 Schweres Arbetsgas: µ 10 E' / E 0.98

10 Mttlerer Energeverlust II Stuaton nach 5 Stössen: Lechtes Arbetsgas: µ 0.1 ( ) 5 E' / E 0. 4 Gleche Massen: µ 1 ( ) 5 E' / E Schweres Arbetsgas: µ 0.1 ( ) 5 E' / E 0. 9 Be realstscheren Stossprozessen treten energeabhängge Wrkungsquerschntte auf. Je langsamer en Telchen, desto größer sen Wrkungsquerschntt. Weters muss rgendwann de Gechwndgketsvertelung der Gasatome berückschtgt werden.

11 Mttlerer Streuwnkel I Mttlerer Streuwnkel θ von Telchen : cosϕ 1 µ 3, µ m m 1 < 1 cosϕ 3 µ, µ m m 1 > 1 Lechtes Arbetsgas: Gleche Massen: Schweres Arbetsgas: µ 0.1 ϕ 4. 6 µ 1 ϕ 48. µ 10 ϕ 86.

12 Mttlerer Streuwnkel II Anzahl der Stösse n, um 360 zu überstrechen (vollständger Verlust der Rchtungsnformaton): Lechtes Arbetsgas: µ 0.1 ϕ 4.6 n 79 Gleche Massen: µ 1 n 8 ϕ 48. Schweres Arbetsgas: µ 10 ϕ 86. n 5

13 Gasphasenstreuung Zusammenfassung Als Resultat der Stösse n der Gasphase ergeben sch folgende zwe Extremfälle: Substrat Substrat energerech thermalsert I( ϕ) Enfallsntenstät I(ϕ) I( ϕ) Enfallswnkel am Substrat ϕ kollmert sotrop

14 Elementare Stufen der Beschchtung Substrat Auftreffen am Substrat Transport + Quelle Loslösung von der Quelle

15 Oberflächentypen I Kubsch-flächenzentrert a (100) (110) (111) a a a a

16 Oberflächentypen II Kubsch-raumzentrert a (100) (110) (111) a a a a

17 Bestmmung von Potentalenergeoberflächen Test Atom (xyfxed) z Equlbrum Poston z Vacuum Level U(z) Interacton Surface/Test Atom Descrbed by Model Potentals Par Potentals: Lennard Jones Morse Many Body Potentals: Embedded Atom Sutton Chen Tght Bndng Topmost Atomc Layers (Sde Vew)

18 Elementare Potentalenergeoberflächen (100) (110) (111)

19 Komplexere Oberflächengeometren Gestufte Oberfläche Ehrlch Schwöbel Barrere z

20 Bndungsenergen Wchtge Bndungsenergen Vakuumzustand E E Des Ads E Des, E Ads: Monomer-Desorptonsenerge (postv) E Dff : Aktverungsenerge für Oberflächendffuson (postv) E : Bndungsenerge ener -Partkel Insel (negatv) E E Dff 0

21 Elementarprozesse: Phononenschwngungen Phononenfrequenz: ν Hz

22 Elementarprozesse: Desorpton ν Des Desorptonsfrequenz: ν Des ν 0 E e k Des B T S E Des 1 3eV ν Hz

23 Elementarprozesse: Oberflächendffuson ν Dff Dffusonsfrequenz: ν Dff ν 0 E e k Dff B T S E Dff eV ν Hz

24 Oberflächendffuson: Random Walk Pythagoras: a a...gtterkonstante l l...effektv zurückgelegte Weglänge l x y n n x y x, y ± a l x x y y n j j n n j j n x x x x y x n 1 n 1 j j a N a ) n (n y x y y x x l y x a N l

25 Oberflächendffuson: Dffusonskoeffzent l N a D ν 0 a e E k Dff B T S [m s 1 ] ν Dff ν 0 E k e Dff B T S Ensten-Relaton: N[s 1 ] ν Dff l Dτ[m] τ Dffusonszet

26 Zetmasstäbe I Gtterschwngungen: ν Hz Oberflächendffuson: ν Dff ν 0 E e k Dff B T S T S 300 K k B 1, J/K E Dff 0, ev3,.10-0 J ν Dff,.10 9 Hz τ Dff ν Dff ns Desorpton: ν Des ν 0 E e k Des B T S E Des ev3, J ν Des 1,.10-1 Hz(!) τ Des ν Des a

27 Zetmasstäbe II τ Dff /τ Phonon 10 4 τ Des /τ Dff (!!) Wesentlche Phänomene spelen sch auf extrem unterschedlchen Zetskalen ab!

28 Kondensatonsregmes Komplette Kondensaton: Jedes auftreffende Telchen blebt an der Oberfläche, da de Desorptons- Frequenz extrem gerng st. Voraussetzung: T S < Inkomplette Kondensaton: Telchen können desorberen, es stellt sch en Adsorptons/Desorptons-Glechgewcht en (dazu später mehr). Voraussetzung: T S >