Катодное распыление

Като́дное распыление

Ионное распыление, разрушение отрицательного электрода (катода) в газовом разряде под действием ударов положительных ионов. В более широком смысле — разрушение твёрдого вещества при его бомбардировке заряженными или нейтральными частицами.

К. р., с одной стороны, нежелательное явление, уменьшающее срок службы электровакуумных приборов (См. Электровакуумные приборы); с др. стороны, К. р. имеет практическое применение для очистки поверхностей, выявления структуры вещества (ионное травление), нанесения тонких плёнок, для получения направленных молекулярных пучков (См. Молекулярные и атомные пучки) и т.д. Бомбардирующие ионы, проникая в глубь мишени, вызывают смещение её атомов. Эти смещенные атомы, в свою очередь, могут вызывать новые смещения и т.д. Часть атомов при этом достигает поверхности вещества и выходит за её пределы. При определённых условиях частицы могут покидать поверхность мишени в виде ионов (см. Ионная эмиссия). В монокристаллах наиболее благоприятные условия для выхода частиц складываются в направлениях, где плотность упаковки атомов наибольшая. В этих направлениях образуются цепочки соударений (фокусоны), с помощью которых энергия и импульс смещенных частиц передаются с наименьшими потерями. Существенную роль при К. р. играет процесс каналирования ионов, определяющий глубину их проникновения в мишень (см. Каналирование заряженных частиц).

К. р. наблюдается при энергии ионов E выше некоторой величины E0, называемым порогом К. р. Значения E0 для различных элементов колеблются от единиц до нескольких десятков эв. Количественно К. р. характеризуется коэффициентом распыления S, равным числу атомов, выбитых одним ионом. Вблизи порога S очень мало (10–5 атомов/ион), а при оптимальных условиях S достигает нескольких десятков. Величина S не зависит от давления газа при малых давлениях р < 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. ст.), но при р > 13,3 н/м2 (0,1 мм рт. см.) происходит уменьшение S за счёт увеличения числа частиц, осаждающихся обратно на поверхность. На величину S влияют как свойства бомбардирующих ионов — их энергия Ei (рис. 1), масса Mi (рис. 2), угол падения ее на мишень (рис. 3), так и свойства распыляемого вещества — чистота поверхности, температура, кристаллическая структура, масса атомов мишени.

Угловое распределение частиц, вылетающих с распыляемой поверхности, анизотропно. Оно зависит от энергии ионов, а для монокристаллов также от типа кристаллической решётки и строения распыляемой грани. Осадок из распыляемого вещества, образующийся на экране, имеет вид отдельных пятен, причём симметрия картины осадка та же, что и симметрии распыляемой грани и образовавшихся на ней в результате К. р. фигур травления (рис. 4). Энергии распылённых частиц колеблются от нескольких долей эв до величин порядка энергии первичных ионов. Средние энергии распыляемых частиц составляют обычно десятки эв и зависят от свойств материала мишени и характеристик ионного пучка.

Лит.: Моргулис Н. Д., Катодное распыление, «Успехи физических наук», 1946, т. 28, в. 2—3, с. 202; Плешивцев Н. В., Катодное распыление, М., 1968; Каминский М., Атомные и ионные столкновения на поверхности металла, пер. с англ., М., 1967; Томпсон М., Дефекты и радиационные повреждения в металлах, пер. с англ., М., 1971.

В. Е. Юрасова.

Катодное распыление. Рис. 2

Рис. 1. Зависимость коэффициента распыления S медной мишени от энергии Е бомбардирующих ионов.

Катодное распыление. Рис. 3

Рис. 2. Зависимость коэффициента распыления S от массы бомбардирующих ионов Mi (Еi = 400 эв).

Катодное распыление. Рис. 4

Рис. 3. Зависимость S от угла падения α ионов, бомбардирующих поверхность Cu, Ta, Fe, Pt (цифры указывают энергию ионов).

Катодное распыление

Pис. 4. Вверху — осадок, образующийся на прозрачном экране, расположенном параллельно распыляемой грани монокристалла Сu [а — грани (100), б — грани (110), в — грани (111)], внизу — углубления, возникающие при этом на поверхностях граней.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ — КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ — разрушение поверхности твердого тела при бомбардировке ее ионами. Первоначально наблюдалось как разрушение катодов в электровакуумных и газоразрядных приборах. Используется для очистки поверхностей. Большой энциклопедический словарь
  2. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ — Разрушение тв. тел при бомбардировке их поверхности атомами, нонами и нейтронами (впервые наблюдалось как разрушение катода в газовом разряде). Продукты распыления — атомы, положит. и отрицат. ионы, а также нейтр. и ионизиров. ат. комплексы (кластеры). Физический энциклопедический словарь