Лазерные технологии обработки материалов

Одним из основных узлов  любого технологического ускорителя является ионный источник. По принципу действия и протекающим в них физическим процессам эти источники подразделяются на источники с разрядом Пеннинга, высокочастотные, с контрагированным плазменным разрядом (дуоплазматроны), дуговые. Последние нашли наибольшее применение в установках со значительным током пучка ионов. К эксплуатационным характеристикам ионных источников относятся: сила тока пучка в стационарном режиме; возможность работы с исходными рабочими веществами, в состоянии поставки (газ, жидкость, твердое тело); коэффициент использования рабочего вещества; возможность управления энергией ионов на выходе из источника при малых изменениях силы тока; экономичность, т.е. отношение силы ионного тока на выходе из источника к подводимой к нему мощности; долговечность; простота конструкции, позволяющая быстро заменить его элементы при разрушении.

Ионно-лучевые методы осаждения покрытий и ионная литография

Тонкие и толстые  пленки и покрытия с воспроизводимыми и заранее заданными свойствами можно получать в условиях высокого вакуума осаждением из сепарированных ионных пучков. Этот метод успешно  осваивается в настоящее время  промышленностью.

Осаждение тонких пленок из сепарированных ионных пучков - самый “чистый” способ, хотя его производительность и невелика. Для микро- и оптоэлектроники, функциональной электроники возможность получения строго контролируемых по составу, практически беспримесных, однородных по структуре тонких пленок открывает новые перспективы создания устройств с уникальными эксплуатационными характеристиками.

Данный метод заключается  в создании потока ионов определенного  вида и энергии и осаждении  их на выбранной подложке. Осаждение  производится в сверхвысоковакуумной камере, поэтому в пленках отсутствуют включения атомов инертных газов, свойственные плазменным методам. Сепарация ионов по отношениям их массы к заряду исключает из состава ионов пучка посторонние примеси, в том числе ионы материалов электродов ионного источника. Чтобы исключить распыление наносимой пленки и обеспечить оптимальные условия ее роста, необходимо вести осаждение при относительно малых энергиях ионов. Регулируя энергию ионного потока, можно эффективно управлять процессом роста и качеством пленки.

Однако этому методу присущи и недостатки. Так, продолжительность  осаждения пленок заметно превышает  время всех других известных процессов нанесения покрытий. Сложность и высокая стоимость оборудования, необходимость в обеспечении сверхвысокого вакуума в рабочей камере - все это ограничивает применение метода.

Ионная литография. Развитие микроэлектроники требует разработки методов формирования элементов  интегральных схем с размерами меньше одного миллиметра. Такие методы являются основой нового направления "субмикронной технологии", т. е. технологии создания устройств с высокой плотностью элементов, имеющих размеры до 0,1 мкм. Процесс формирования рисунка в слое резиста с помощью ионных пучков получил название - ионная литография.

Как известно, благодаря большой массе быстрые ионы при движении в пленке резиста рассеиваются на значительно меньший угол, чем электроны. Если длину пробега ионов выбрать примерно равной толщине плёнки резиста, рассеяние ионов границей между резистом и подложкой будет пренебрежимо мало и откроются возможности получения экспонированных объектов с субмикронными размерами.

На пути практической реализации принципов ионной литографии встречаются серьёзные трудности, связанные с созданием источников тяжелых ионов с высокой яркостью, а также быстродействующей системы управления и формирования ионного пучка.  

Список используемой литературы

1. Беленький В.Я., Язовских В.М. «Электронно-лучевая, лазерная и ионно-лучевая обработка материалов». Пермь, 1995

2. Дальский А.М., Барсукова Т.М., Бухаркин Л.Н. «Технология конструкционных материалов». М: «Машиностроение», 2002