PVD әдісі. Physical Vapor Deposition. Газдық фазасынан физикалық тұндыру

1. PVD әдісі. Physical Vapor Deposition Газдық фазасынан физикалық тұндыру

2.

• PVD жылу энергиясының әсерінен булану
нәтижесінде немесе материалдардың
бөлшектерінің соқтығысуы кезіндегі
кинетикалық энергия әсерінен тозаңдану
нәтижесінде жабынды материалы қатты
фазадан б
• PVD әдісімен жабынды қондыру 450 ̊С ге
дейін жүргізіледі у фазаға ауысады .
• РVD процестерін вакуумда немесе төмен
қысымда ( 10 -2 мбар) жұмысшы газдың
атмосферасында жүргізеді

3.

• Физикалық тұндыру буландыру және
тозаңдату әдістерін пайдаланып жүзеге
асады.
• Құрылғыға жабынды жабу үшін көп
жағдайда ионды тұндырудың үш әдісінің
біреуі қолданылады. Оларға :
• 1.электр шоғымен буландыру
• 2.электр доғасымен буландыру
• 3.ионды бомбардировкамен тозаңдату

4.

5. Три основных метода РVD:а)булану б)тозаңдату с) иондық тұндыру

6.

7. 3.Жақынөрісті оптикалық микроскоп

8.

• Цюрихе Дитером Пол ІВМ де сканерлеуші
туннелдік микроскоптан соң ойлап тапты.
• Басқа оптикалық микроскоптармен айырмашылығы
микронысанмен жарықтың өзара әрекеттесуші
радиациялық аймағы алыс болады.Толқын
ұзындығынан λ <250нм кіші Н қашықтықта жарық
өрісіне жақын орналасады.
• Бұл микроскоп жоғары дәлдікте объекттің бетінің
оптикалық қасиетін және кез-келген. объекттің
беттік кескін береді.
• ЖӨОМ атом мен малекулалардың электрондық
тығыздығындағы ішкі толқынды көруге мүмкіндік
тудырады.Егер антенаны объектіге қойсақ толқын
сыртқа ұшады.

9.

10.

11.

12. Магнитік күштік микроскопия

• 1987 ж И.Мартин және К.Викрамасингх
субмикронды кеңістікті рұқсат етуі бар
қатты денелердің бетіндегі магниттік және
локальды қасиеттерді зерттеу үшін АКМ-ты
жетілдіруді ұсынды.Зондтайтын өткір ұш
ретінде ферромагнитті материалдан
жасалған микроине қолданылды.Жаңа
құрылғы “магнитті-күштік микроскоп” деген
атау алды.

13. Жұмыс істеу принципі

• Үлгімен әрекеттесетін күштерді тіркей отырып,өткір ине
түріндегі микромагнитті үлгінің бетіне жақын жерге
орналастырады.Өткір ұшты зерттелетін бетке қатысты
қозғалту үшін прецизионды үшкоординатты
микроманипулятор қолданылады.Әдетте зонттық
микроскопияда мұндай манипуляторды электродтар
жүйесі бар пьезокерамикалық трубкалардан
жасайды.Электродтарға кернеу берілген кезде трубка
майысуы,созылуы не қысқаруы мүмкін.Сол кезде
үлгінің үш координат бойынша Х,Yи Z қозғалысы
туындайды.Пьезотрубканың өлшеміне байланысты
үлгінің максималды орын ауыстыруы 1-100 микрон
диапазонында болуы мүмкін.Мұндай манипулятордың
позицианирлеу дәлдігі 100-деген нанометр үлесіне
жетеді.Зондтайтын өткір ұшты серпімді
микроминиатюрлі консольға орналастырады.

14.

15. Магнит күшінің тіркелуі

• Магнитті инемен қабылданған бейне қалай
топография туралы ақпаратты жинаса солай
беттің магниттік сипаттамаларын да жинайды.
Нәтижесінде қай эффект басым болатыны
инемен зерттелініп отырған беттің
арақашықтығына байланысты болады. Егер
ине стандартты байланыссыз АКМ қолданатын
бетке жақын орналасса онда топографияның
бейнесі басым болады. Ине мен үлгінің
арақашықтығы көбейген кезде үлгінің
магниттік қасиеті бейнеленеді.

16.

• Бет бедері қатты дамыған магнитті үлгілерді МКМ
зерттеу үішн екі ретті өту әдістемесі қолданылады.
Сканирлеудің әрбір жолында келесідей процедуралар
жасалады. Бірінші өтуде контактілі немесе жартылай
контактілі режимінде бет бедерінің АКМ бейнесі
түсіріледі. Одан кейін зондтық датчик беттен z0 ара
қашықтыққа алыстатылады да, қайтара сканирлеу
жүргізіледі .z0 ара қашықтық ван-дер-ваальс күші
магниттік әсерлесу күшінен аз болатындай етіп
таңдалады.
• Екінші өтуде датчиктік бетке қатысты үлгінің бет
бедерін қайталайтын траектория бойымен қозғалады.
Бұл жағдайда зондтық датчик пен беттің арасындағы
локальдық ара қышықтық әрбір нүктеде тұрақты
болғандықтан сканирлеу процесі кезінде контилевердің
майысуының өзгерістері зондқа үлгінің тарапынан әсер
ететін магниттік күштердің біртекті еместігімен
байланысты

17. МКМ кейнесін алудың екі ретті өту әдістемесі

18. МКМ зондтың үлгінің магниттік өрісімен әсерлесуі.

19. Электронды және зонды микроскоптың түрлері

20.

2.
Лазерлік
сканирлеу
104
бұзбайтын
бұзбайтын
104
104
ауа
өлшем
103
ауа,
сұйықтық
2D
Үлкейту
1.
Оптикалық
микроскопия
Үлгіге
әсері
2D
№
Жұмыс
ортасы
104
Әдіс

21.

2D
ажырату
вакуум
2D
ажырату
вакуум,
ауа, сұйықтық
3D
106
109
Сканирлеуші
зондтық
микроскоп
вакуум
109
3.
4.
Иондық
микроскоп
5.
Сканирлеуші
электронды
микроскоп
бұзбайтын

22. Мөлдірлі электронды микроскоп (МЭМ).

электршоқтарыүшінмөлдір,жұқаүлгілердізерттеудемөлдірліэлектрондымикроскопқолданылады(мэм).
Өтпелі сәулелерді зерттеу үшін арналған электронды микроскоптың оптикалық сұлбасы сәулелі
проекционды микроскоп сұлбасымен ұқсас болып келеді. Тек қана электронды микроскопта
сәулелі микроскоптың барлық оптикалық элементтеріне сәйкес электромагниттілермен
алмастырылады. Жарық көзінің қызметін электр тогымен қызды-рылатын вольфрамдық қыл
атқарады. Басқарушы винельт-электрод көмегімен пайда болатын электрондар бұлтын жіңішке
шоққа түрлендіреді. Кейін қыздыру қылы мен анод аралығында орнатылған электрондар шоғы
электрлік өріспен үдетіледі (100кв-тан n мв-қа дейін). Анод центрінде одан болашақта кескін
пайда болатындай қолданылатын электрондар өтетін тесік бар. Микроскоптың бұл бөлігі
электронды зеңбірек атына ие болды. Зеңбіректен атып шыққан электрондар конденсирленген
линза өрісіне түседі. Ол олардың траекториясын арнайы дайындалған зерттелінетін объектіге
параллель шоқ ретінде түсуге құрастырады. Қазіргі электронды микроскоптарды әдетте бірлік
линзалар орнына екі немесе одан көп линза блоктарын қолданады. Бұл диаметрі 1,5 мк-ге дейін
қысылатын электрондар шоғын дұрыс басқаруға және қисықтықты төмендетуге мүмкіндік
береді.Үлгінің әр түрлі аумағы, оның қалыңдығы мен тығыздығына тәуелді оларға түсетін
электрондарды әр түрлі шашыратады және өткізеді. Объективті линзаны өткен соң экранда
объектті өту барысында, салыстырмалы кіші бұрыштарға ауытқыған электрондар ғана
фокусталады. Нәтижесінде экрандағы осындай аумақтар микроскоптың төменгі бөлігінде
ақшылт болып орналасады. Егер электрондар объекттен өткенде үлкен бұрыштарға ауытқыса,
онда «апертурлы» диафрагмалы объектте бөгеліп, сәйкесінше бұл экран бөліктері қара болады.
Көру аймағын шектейтін диафрагма арқылы өткен электрондар, проекционды және аралық
линза магнит өрістерінде фокусталады да экранда қорытынды объект кескіні пайда болады. Үлгі

23. Растрлы электронды микроскоп (РЭМ)

. «Массивті» (3см-ге дейін) объектілерді зерттеуде шағылдыратын растрлы электронды микроскоптар қолданылады (РЭМ).
Бұл микроскоп объект шоғы үшін «толық» мөлдір емес электрондарды зерттеуге арналған.
Оның оптикалық сұлбасы негізінен шағылдырушы оптикалық микроскоп схемасына аналогты
болып келеді.РЭМ мөлдірлі электронды микроскоп блоктарымен аналогты блоктардан
құралған, олар: жарықтандырғыш, оптикалық жүйе, тіркеуші құрал; вакуумды, электронды
шоқ және алынған нәтижелерді тіркеу жүйесі деген сияқты қосымша жүйелердің бар болуы.
Растрлы микроскоп-тардағы электронды шоқ статисті болмағандықтан белгілі бір аудан-нан
өтеді. Шоқтың бұрылуын басқарушы ауытқушы жүйесі теледидар кинескопындағы ауытқушы
пластиналарымен аналогты (немесе ком-пьютер мониторындағы). Үлгі бетіне түсіп, ол оның
бетінен электрон-дарды шығарып тастайды (шоққа қатысты екінші ретті). Тіркеу жүйесі
(детектор) екінші ретті сәулеленуді ұстайды, іріктейді (энергиясы мен шашырау бұрышы
бойынша) және жинақтайды. Сонымен, экранның жарықтылығы, ол өз кезегінде зерттелетін
беттің күйімен сипатта-латын тіркеуші жүйеге түскен екінші ретті электрон сандарынан тәуелді болады. Әр түрлі кристал үлгілері, әр түрлі түйіндер әр түрлі екінші ретті эмиссия
коэффициенттеріне ие болады. Яғни екінші ретті электронды сәуле шығарады, олай болса
оларға кинескоп экранының әр түрлі жарықтылығы сәйкес келеді.

24. 1 - источник электронов; 2 - ускоряющая система; 3 - магнитная линза; 4 - отклоняющие катушки; 5 - образец; 6 - детектор

1 - источник электронов; 2 - ускоряющая система; 3 - магнитная линза; 4 отклоняющие катушки; 5 - образец; 6 - детектор отраженных электронов; 7 кольцевой детектор; 8 - анализатор.

25. Сканирлеуші зонтты микроскоп

СЭМ та фокустелген электрондар шоғыры жұқа және қалың үлгілердің бетін сканерлеу үшін
қолданылады.
СЗМ-тың бірінші протатипі сканирлеуші туннельдік микроскоп болды. СТМ-да зонд ретінде
серпімді консолиге орнатылған өткір өткізгіш іне қолданылады. Үлгі немесе иненің арасына
тығысу кернеуі орналастырса, онда өткір иненің үлгіге 1нм қашықтығында жақындауы
кезінде, олардың арасында шамасы «ине-үлгі» қашықтығынан, ал бағыты – кернеу
полярлығынан тәуелді туннельдік ток пайда болады. Ине үшкірін зерттелетін беттен
алыстатқанда туннельдік тоқ - азаяды, ал жақындатқанда - артады. Осылайша, беттің қандай
да көп нүктелерінде туннельдік ток жөнінде мәліметтерді қолдана отырып, бет
топографиясының бейнесін құруға болады. Туннельдік тоқты немесе бет пен ине
аралығындағы қашықтықты, өлшенетін параметрге тәуелді, сканирлеуші туннельдік
микроскоптың екі жұмыс істеу тәртібі мүмкін, олар: жоғары тұрақты және тұрақты тоқ тәртібі.
Жоғары сезгіштікке ие сканирлеуші тунне-льдік микроскоптар адамзатқа жартылай
өткізгіштер мен өткізгіш-тердің атомдарын көруге мүмкіндік берді. Бірақ конструктивті шектеу
күшіне байланысты, СТМ-де өткізбейтін материалдардың бейнесін алу мүмкін емес. Сонымен
қатар, туннельдік микроскопты сапалы жұмысы үшін қатаң шарттарды орындау қажет, оның
ішінде үлгіні арнайы дайындау мен вакуумда жұмыс істеу.

26. Сканерлеуші туннельдік микроскоп

• 1986 ж Герд мен Хайнрих СТМ ойлап тапқандары үшін
Нобель алды.Инені қолдану тәсіліне байланысты
әртүрлі ақпарат алуға болады.Қарапайым жағдайда
үлгінің беткі қабаты тұрақты қашықтықта
сканирленеді.Көбінесе зонд ұшы мен өткізгіш үлгінің
арасында аралық арқылы электрондар ағынының
тудыратын,потенциалдар айырымы беріледі.
Бірыңғай туннельді тоқты ұстап тұру үшін инені беттік
қабатқа қатысты жоғары және төмен жылжыту беттік
қабаттың топограиясының фиксациясы мүмкін
болады.Туннельді ток болу үшін үлгі өткізгіш болу керек

27.

28. Сканерлеуші электрондық микроскоп

Материал құрылымы мен оның химиялық сипаттамаларын
зерттеу мүмкіндігі наноғылым,наноматериалдар мен
нанотехнологияның болашақтағы жетістігінің өте маңызды
шарты болып табылады.ЖЭМ ті рентген және электронда
спектр сияқты аналитикалық құрал-жабдықтармен бірге АЭМ
деп атайды.Оның көмегімен электрондар мен үлгі атомдары
соқтығысқан кезде туындайтын рентгендік
сәулеленуді,электрондар үлгі арқылы өткен кездегі энергияның
жоғалуын талдауға болады.АЭМ көмегімен өлшемді ғана
анықтап қоймай химиялық құрамын,молекулалық байланыс
түрін және үлгінің электрлік өткізгіштігін білуге,яғни үлгі
материалы мен оның компоненттерінің физ-қ ж/е хим-қ қасиеті
туралы толығырақ ақпарат алуға болады.

29. Атомдық күштік микроскоптар

• АКМ вертикаль бағыттағы және оның жазықтығына
перпендикуляр сканирлеу жазықтығының бөлу
қабілетімен сипатталады.Ине зонд өткір болған сайын
,соғұрлым оның бөлу қабілеті арта түседі.Идеал инезонд,өте дәл өлшеу жүргізуге мүмкіндік
беретін,реттелген құрылымы бар бірқабатты көміртекті
нанотүтікше бола алады.
АКМ вертикальды бөлінуі беттік қабат үстіндегі инезондтың салыстырмалы тербелістерін салыстыру
арқылы жүзеге асырылады.Бұл өлшемдердің дәлдігіне
дыбыс,ғимарат дірілі және жылулық тербелістер
түріндегі сыртқы кедергілер әсер етеді.Кедергілерді
жою үшін АКМ-ді сыртқы паразитті дірілді сөндіруге
қабілетті арнайы платформаларға орналастырады

30. Табиғи нанокристалдар

• Нанокристалл – наноөлшемді кристалл. Өлшемі 115 нм дейінгі бір не көпфазалық
поликристаллдардағы дәнектер.Бұндай мат-да
көлемінің 2-50% фазааралық н/е дәнек аралық
кеңістікке кетеді.Нанокристаллды мат-ң типтері: 0өлшемді кластерлер, 1-өлшемді нанотүтікшелер,
талшықтар, шыбықтар; 2 өлшемді пленкалар ж/е
қабықшалар; 3 өлш.поликр-р. Кванттық нанофизика
- электрондары де-Бройль толқын ұз-ғы шамасында
1, 2 не барлық өлш-де шектеуіш потенциалмен
ұсталатын 0-өлшемді жүйелермен айналысады.

31. Нанокристалдардың алынуы

32. 1.Қар кристалдары 2.Ағаш кристалдары

33. 1.Ас тұзы 2.Челябинсктен метиорит нанокристал табылды.

34. Электркүштік микроскопия

35. . Молекулалық-сәулелік эпитаксия әдісі.

36. Магнетрондық тозаңдандыру әдісі.

• Магнетронды тозаңдату-магнетронды разряд
плазмасында нысананы катодты түрде
тозаңдатып,төсенішке жұқа қабықшаны отырғызу
технологиясы.Осы технологияны жүзеге асыратын
тех.лық қондырғыны қысқаша магнетрон деп
атайды.
• Магнетронды тозаңдатудың техникалық мәні катод
бетін атқылаған иондардың оны тозаңдатуы.Осы
эффектке магнетрондық жемірілу техникасына
тегізделген ,сондықтан төсенішке нысананың
тозаңданған заты отырып,тығыз қабықшаны
құрайтын болатын,магнетронды тозаңдату кең
қолданысқа енді.

37.

қатты дененің бетіне жұқа қабаттық жұқтыру әдісі. Солғын разрядқа
негізделген технологияның бір түрі болып есептеледі. Магнетронды
тозаңдатқыш жүйелер нысан бетінен тозаңдатылатын материалдардың
атомдарын аномальды солған разрядты плазмада пайда болатын жұмыс
газымен атқылау арқылы жоғалтуға негізделген диодты типті қондырғылар
жүйесіне жатады. Катодты (нысана) қиылысқан электр және магнит
өрістерінің (катод пен анод арасында) орналастырады. Магнит өрісі разряд
плазмасын катодтың төңірегінде жинақтайды. Диодқа тұрақты (300-800 В)
кернеу беріледі, ол катод (теріс потенциал) пен анод (оң не нөлдік потенциал)
арасында біртекті емес электр өрісін тудырып, аномальды солғын разрядты
қоздыруына әкеліп соқтырады. Катодтан иондық атқылау кезінде, сондай-ақ
жұмыс газының иондалуынан пайда болатын электрондар, бір жағынан
катодқа қайтаратын магнит өрісінің әсеріне, екінші жағынан өзінен кері
итеретін нысана (катод) бетінің әсеріне ұшырайды. Бұл электрондардың катод
бетінде күрделі циклдік қозғалыс жасауына әкеліп соқтырады. Қозғалыс
кезінде электрондар жұмыс газының молекулаларымен (атомдарымен)
бірнеше рет соқтығысып, ионданудың жоғары дәрежесін қамтамасыз етеді.
Ал ол нысананың ионмен атқылау интенсивтілігін арттырады, яғни, тозаңдану
жылдамдығын өсіреді.Әдістің артықшылықтары: төменгі жұмыс кернеуінде
(600-800В) және жұмыс газының төмен қысымында (5 10-1 - 10 Па)
тозаңданудың жоғары жылдамдығы; төсеніштің қызып кетуінің болмауы;
пленканың ластану дәрежесінің төмен болуы; төсеніштің үлкен ауданында
қалыңдығы біртекті пленка алу мүмкіндігі.

38. Маталдардың және құймалардың тозаңдануы

• Металдардың және құймалардың
тозаңдануы инертті газ әдетте аргон
ортасында жүреді.Термиялық тозаңдату
тех.мен салыстырғанда магнетронды
тозаңдату кезінде құрылымдағы
нысананың фракциялануы болмайды.

39. Реактивті тозаңдату

• Күрделі қосылыстар мысалға оксидтері және
нитридті қосылыстарды тозаңдату үшін
реактивті магнетронды тозаңдату
қолданылады.Плазма түзуші аргон үшін
реактивті газ (кислород немесе
азот)қосылады.Магнетронды разряд
плазмасында реактивті газ активті еркін
радикалдарды босатып диссоциацияланады
және радикалдар төсенішке тозаңдатылып
отырғызылған атомдармен әсерлесіп,күрделі
байланыс түзеді.