Соответствие значения энтальпии и ширины переходной области для некоторых веществ

Таким образом, изменения ВАХ разряда отражают изменения состояния поверхности мишени, парциального давления реактивного газа, скорости распыления мишени, состава образующихся пленок и других параметров процесса. Одновременно с этим существует и обратная зависимость: при изменении электрических параметров разряда меняются другие его параметры.

Существование двух форм ВАХ реактивного магнетронного разряда, N-образной и S-образной (см. рис. 2.4.), предъявляет определенные требования к характеристикам источника питания. Для N-образной ВАХ он должен быть источником напряжения, а для S-образной — источником тока.

Правильно выбранный источник питания обеспечивает увеличение мощности разряда в ответ на увеличение парциального давления реактивного газа в камере. Тогда росту степени покрытия мишени из-за возросшего давления газа будет противодействовать увеличение скорости её очистки из-за повышенной мощности разряда. Если величина такого противодействия достаточна, то в этом случае все режимы устойчивы, в том числе и в области переходных режимов.

Например, увеличение парциального давления реактивного газа в камере увеличивает степень покрытия мишени и одновременно при N-образной характеристике и стабилизированном напряжении увеличивает ток разряда. При большем токе – больше скорость очистки мишени от слоя химического соединения, поэтому степень покрытия мишени растет не до единицы, а до нового равновесного состояния, соответствующего новым условиям в вакуумной камере.

В другом случае, когда источник питания выбран неправильно или величина противодействия недостаточна, переходная область исчезает из ВАХ разряда. На её месте появляется гистерезисная петля, отражающая самопроизвольные переходы режима разряда от полностью покрытой мишени к полностью свободной, и наоборот (рис. 2.5).

Например, если для поддержания реактивного разряда, имеющего N-образную ВАХ, использовать источник стабилизированного тока, то при некотором увеличении давления реактивного газа сопровождающее его увеличение степени покрытия мишени вызовет снижение напряжения разряда и скорости распыления мишени. Последнее вызовет дальнейшее уменьшение скорости роста пленки, уменьшение поглощения ею реактивного газа и увеличение его парциального давления в камере. Это будет продолжаться до тех пор, пока вся поверхность мишени не окажется покрыта слоем химического соединения.

Рис. 2.5. ВАХ магнетрона в аргоне (1) и в смеси аргона и реактивного газа при γ_с>γ_м (2) и при γ_с<γ_м(3 ). Источники питания выбраны неправильно

Таким образом, правильный выбор источника питания позволяет устранить гистерезис, не прибегая к дорогостоящему увеличению производительности откачных средств, как это обычно рекомендуется в большинстве работ по реактивному распылению.

Исключение представляет собой ВАХ, форма которой представлена кривой 4 на рисунке 2.4. ВАХ такой формы возникает, когда коэффициент распыления химического соединения мало отличается от коэффициента распыления исходного металла. В этом случае любой источник питания не обеспечивает однозначности режима разряда, и, следовательно, управление процессом по ВАХ разряда невозможно. Для таких процессов требуются другие способы контроля (масспектрометрический, эмиссионный и др.).

Вид вольт-амперной характеристики разряда и рекомендованный тип источника питания для получения пленок при различных комбинациях мишень — реактивный газ приведены в таблице 2.2. Последняя строка таблицы относится к случаю, когда коэффициенты вторичной электронной эмиссии материала мишени и его химического соединения близки по величине. В этом случае ВАХ в смеси газов монотонна и мало отличается от ВАХ в аргоне. Можно применять любой источник питания. Но контролировать процесс по ВАХ разряда невозможно.

Таблица 2.2