Академия наук республики узбекистан

часть потока.
Оценка влияния электронов на 
ионного тока: (а) в
случае отраженных электронов от электронно
-
лучевого 
испарителя 
- 
специальная конструкция детектора позволяет отделить 
электронную и ионную составляющие в поле плоского конденсатора, и они 
регистрируются
отдельно на разных электродах; (б) в
случае вторичных 
процессов, включая ионно
-
электронной эмиссии 
-
электрод ионного 
детектора изготовлен из чистого Ta. При этом приборная погрешности для 
измерения ионного тока составила не более 10%.
Во многих случаях для ионно
-
стимулированного осаждения 
используются ускоренные
ионы инертного газа. Тем не менее, после 
нейтрализации под поверхностью, ионы газа могут вызвать пузыри, которые 
могут разорвать и повредить структуру пленки.
Использование ускоренных 
собственных ионов, образующихся в результате ионизации испаряемых 
атомов, преодолевает эту проблему. В процессе EB
-
PVD, используемый в 
нашей
работе, ионы генерируются при столкновении электронов, которые 
присутствуют в области испарителя вместе
с испаряемыми атомами.
Эта 
ионизация происходит в области вблизи
поверхности испаряемого 
материала, так как
в этой области существуют высокая концентрация 
испарившихся атомов и высокая
плотность электронов
. 
В области ионизации 
имеются
три группы электронов, вклады которых примерно на
порядок 
величины различаются
друг от друга:
электроны электронной пушки, 
которые обладают энергией 10 кэВ;
обратно рассеянные
электроны с 
энергией 100 эВ 
- 
10 кэВ;
вторичные электроны с энергией 10 
- 
100 эВ.
Вакуумная
установка, оснащенная турбомолекулярным насосом и 6 
кВт
электронно
-
лучевым
испарителем с отклонением электронного пучка на 
270° постоянным магнитом и с ускоряющим напряжением 10 кВ
использовалась для осаждения металлических пленок и для измерения 
плотности ионного и электронного тока с помощью ионного детектора.
В 
качестве материала подложки были использованы никелевые сплавы, 
которые являются важным конструкционным материалом для турбинных 
лопаток, труб и т.д. Толщина пленки Cr были от 6,5 мкм до 9,5 мкм. 
Специально сконструированный детектор ионов был установлен в вакуумной 
камере в положении, в котором обычно устанавливаются
подложки. Работа 
электростатического детектора основан на разделении положительных ионов
и электронов в поле параллельных пластин плоского
конденсатора.
Конструкция детектора и измерительного тракта позволяет доставлять к нему 
ионы при
напряжении
смещения до 1.2 кВ одновременно с применением 
84 

---

соответствующего потенциала к подложке. Структурные элементы детектора 
и потенциалов на его пластинах рассчитываются исходя из предположения, 
что полный
поток
ионов и электронов, пресекающий
линию его входного 
окна разделяется и регистрируется
. 
Размеры детектора:
35
х
3
5х
40
мм
3
, 
площадь входного
окна
1c
м
2
.
Результаты измерение плотности ионного тока 
J
i
в зависимости от 
тока эмиссии электронной пушки испарителя 
I
e
и потенциала смещения 
на подложке показаны на рис.2.
12. 
Значение плотности ионного тока 
возрастает с
увеличением потенциала смещения, как показано на 
рисунке. Очевидно, что это общая закономерность для 
Cr
при ионно
-
стимулированным осаждении.
Рис. 
2.12
. Зависимость потока ионов от тока эмиссии для хрома.
При 
I
esv
= 80 мА и 
V
s
= 1200 
В
плотность ионного тока достигает 
максимального значения 
11µA·cm
-2
. 
Кривые для 
Cr
имеют в середине 
диапазона изменение характера зависимости
тока эмиссии,
когда
скорость увеличения плотности тока с эмиссионным током уменьшается.
Это снижение совпадает для подобных металлов
началом формирования 
зоны плавления на поверхности
материала в тигле
. 
Все эти различия в 
генерации ионов с помощью EB
-
PVD для 
Cr
завысить от его 
коэффициента испарения, потери тепла из
-
за
теплопроводности и 
излучения, а также от эффективного поперечного сечения ионизации 
атомов 
Cr
. 
Для вычисления коэффициента ионизации в процессе EB
-
PVD, толщина осажденных пленок измеряли микропрофилометром 
марки 'Dectac 3030ST', а поперечные сечение прямым анализом SEM. 
Измерением времени процесса осаждения, были
вычислены
поток 
осаждаемых атомов и коэффициент ионизации. Для 
Cr
коэффициент 
ионизации потока осевших атомов составил
0,15% при токе
эмиссии 40 
мА
. 
85 

---

Для практических проблем, важно 
оценить 
полный 
ток 
ионов, 
генерируемых в области ионизации 
вблизи поверхности испарителя. 
Используя средние эффективные 
значения физических величин, можно 
получить следующую формулу для 
полного ионного тока:
Ii=I
e
σ
eff 
nL 
где 
I
e
ток электронной пушки (50
-100 
мА), 
σ
eff
среднее
значение 
эффективного 
сечения 
ионизации 
испаряемых атомов 
при столкновении 
с электронами (~10
-17
см
2
при энергии 
электронов 10 кэВ), 
n
средняя 
плотность атомов в области ионизации 
(~10
14
см
-3
), и 
L
средняя длина 
траекторий электронов в области 
ионизации (~ 1
-
3 см).
Морфология пленок 
Cr
на 
подложки 
из 
сверхпрочного 
никелевого 
сплава 
изучена
с 
помощью сканирующей электронной 
микроскопии (SEM).