Diagnostyka plazmy magnetronowej cd.

2. WYNIKI

2.1 POMIARY WSTĘPNE

Na wstępie pomiarów zbadano widmo promieniowania w zakresie widzialnym w celu określenia długości fal dyfrakcyjnych stosowanych pierwiastków. Do dalszych pomiarów wybrano długości fal Bi=306,77 nm charakterystyczna dla jonów bizmutu na pierwszym stopniu utlenienia oraz Zn=636,24 nm charakterystyczna dla jonów cynku na pierwszym stopniu utlenienia [2]. Rys.2. przedstawia przykładowe widmo spektrofotometryczne intensywności emisji fal świetlnych w zależności od ich długości. Pomiar wykonano w odległości d=30 mm od targetu przy mocy P=120 W w atmosferze argonu pod ciśnieniem pAr=1,1*10^-2 Tr.



2.2 ROZPYLANIE W ARGONIE

Na rys. 3. przedstawiono zależność intensywności linii dyfrakcyjnych bizmutu IBi oraz cynku IZn od mocy wydzielonej na targecie. Pomiar był wykonany w odległości d=20 mm od wyrzutni przy ciśnieniu pAr=1,1*10^-2 Tr. Wartość intensywności linii dyfrakcyjnych obu pierwiastków rośnie w sposób logarytmiczny wraz z mocą wydzieloną na targecie. Względnie duże wartości intensywności rozpylania targetu (tu głównie bizmutu) wynikają z faktu, iż przy zastosowanym ciśnieniu obserwuje się maksimum szybkości narostu napylanej warstwy warystorowej, co jest wynikiem najbardziej intensywnego rozpylania targetu [3]. Na podstawie wyników pomiaru wykreślono także iloraz intensywności linii dyfrakcyjnych bizmutu do cynku IBi/IZn w funkcji mocy wydzielonej na targecie (rys.4). Wartość ilorazu IBi/IZn ma bezpośrednie przełożenie na ilościową zawartość cząstek poszczególnych pierwiastków w napylanej warstwie.





Stwierdzono, że dla mocy targetu P≤150 W rozpylanie cynku praktycznie nie występuje, co powoduje, że iloraz IBi/IZn osiąga duże wartości. W tym zakresie niewielka zmiana mocy magnetronu pociąga za sobą istotną zmianę składu napylonej warstwy a więc także jej właściwości warystorowych. Przy mocy wydzielonej na targecie P=130 W oraz ciśnieniu pAr=1,110-2 Tr wykonano pomiary IBi i IZn oraz wyznaczono iloraz IBi/IZn w funkcji odległości od wyrzutni. Stwierdzono wykładnicze zmniejszanie się intensywności linii charakterystycznych badanych pierwiastków wraz ze wzrostem odległości do magnetronu. Skutkiem tego wraz ze wzrostem odległości od targetu zmniejsza się szybkość osadzania warstw warystorowych. Wykres zależności ilorazu IBi/IZn w funkcji odległości od wyrzutni (rys.5) określa zmianę składu ilościowego warstw warystorowych nanoszonych w różnych odległościach od targetu.



2.3. ROZPYLANIE W TLENIE

Tlen, w przeciwieństwie do obojętnego argonu, łatwo wchodzi w reakcje z innymi pierwiastkami, dlatego rozpylanie w atmosferze tlenu nazywane jest też rozpylaniem reaktywnym. Na rys. 6. przedstawiono zależność intensywności linii dyfrakcyjnych bizmutu i cynku w zależności od mocy wydzielonej w magnetronie podczas rozpylania targetu w atmosferze tlenu pod ciśnieniem pO2=1,1*10^-2 Tr w odległości



d=30 mm od wyrzutni. Zauważono, że obecność tlenu powoduje wyrównanie osiąganych wartości intensywności linii dyfrakcyjnych bizmutu i cynku. Dzięki temu w atmosferze tlenu możliwe jest określenie parametrów rozpylania pozwalających na uzyskanie w składzie naniesionej warstwy warystorowej stosunku ilościowego bizmutu do cynku mniejszego od jedności, co było trudne do osiągnięcia podczas rozpylania targetu w atmosferze argonu. Świadczą o tym wartości ilorazu IBi/IZn przedstawione na rys. 7.



Kolejne pomiary określające wartości IBi i IZn oraz iloraz IBi/IZn w funkcji odległości od wyrzutni wykonano w atmosferze tlenu pod ciśnieniem pO2=1,1*10^-2 Tr oraz mocy wydzielonej na targecie P=130 W. Kształt otrzymanych charakterystyk jest analogiczny do odpowiednich wykresów otrzymanych w czasie rozpylania targetu w atmosferze argonu, natomiast wartości IBi i IZn oraz ilorazu IBi/IZn zawierają się w przedziałach określonych wynikami pomiarów wykonanych w atmosferze tlenu.

2.4 ROZPYLANIE W MIESZANINIE TLENU I ARGONU

Wyniki pomiarów przedstawione na rys. 8 i 9 wykonywano przy mocy wydzielonej na targecie P = 130 W oraz odległości od niego d = 30 mm. Zmianę składu gazów roboczych realizowano poprzez ustawienie w układzie ciśnienia tlenu na jedną z zadanych wcześniej wartości. Po odczekaniu kilku minut dla ustalenia się ciśnienia w układzie rozpoczęto dozowanie argonu podnosząc ciśnienie do wartości p(O2+Ar) =1,2*10^-2 Tr. Rys. 8. przedstawia zależność intensywności rozpylania targetu od ciśnienia parcjalnego tlenu. Zauważono, że ciśnienie parcjalne tlenu o wartości z przedziału 0 < pO2/p(O2+Ar) < 0,5 praktycznie nie wpływa na intensywności IBi oraz IZn a co za tym idzie na szybkość rozpylania targetu. Obserwuje się niewielki spadek wartości IBi oraz znikomo mały wzrost wartości IZn. Przekłada się to na zmniejszenie wartości ilorazu intensywności linii charakterystycznych bizmutu do cynku. Zwiększenie ciśnienia parcjalnego tlenu powyżej wartości pO2/p(O2+Ar) = 0,5 oraz dalsze zwiększanie zawartości tlenu w układzie powoduje szybkie zmniejszanie intensywności rozpylania targetu. Zauważono, że intensywność linii dyfrakcyjnych bizmutu w funkcji ciśnienia parcjalnego tlenu spada zdecydowanie szybciej niż cynku. Objawia się to również poprzez szybki spadek ilorazu IBi/IZn widoczny na rys. 9.


Rys. 8. Wpływ ciśnienia parcjalnego tlenu na wartość intensywność linii dyfrakcyjnych bizmutu i cynku