Λεπτό υμένιο ονομάζουμε τη μικροδομή που δημιουργείται από ατομικά στρώματα υλικού που προέρχονται από ένα στόχο πάνω στην επιφάνεια ενός συμπαγούς υλικού (δισκίο), όταν η μια διάστασή του (το πάχος του) είναι τάξεις μεγέθους μικρότερη από τις άλλες δύο. Οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των λεπτών υμενίων τα καθιστούν ιδανικά για ένα πλήθος επιστημονικών και τεχνολογικών εφαρμογών.
Οι δύο μεγάλες κατηγορίες τεχνικών εναπόθεσεις λεπτών υμενίων είναι αυτές της φυσικής απόθεσης ατμών (physical vapour deposition, PVD) και της χημικής απόθεσης ατμών (chemical vapour deposition, CVD). Η βασική τους διαφορά βρίσκεται στο γεγονός ότι στη μεν πρώτη κατηγορία το υλικό απόθεσης μεταφέρεται από το στόχο κατευθείαν στο υπόστρωμα, ενώ στη δεύτερη, αέρια εισάγονται στο θάλαμο απόθεσης και αντιδρούν με το υλικό απόθεσης.
Η καθοδική ιοντοβολή (sputtering) είναι σήμερα από τις πιο διαδεδομένες τεχνικές απόθεσης και χρησιμοποιείται ευρύτερα στην επιστήμη λεπτών υμενίων καθώς και σε βιομηχανική κλίμακα κυρίως για την παρασκευή επιστρωμάτων με σχετικά μεγάλο πάχος. Η τεχνική στηρίζεται στο βομβαρδισμό του στόχου με θετικά ιόντα από κάποιο ευγενές αδρανές αέριο που οδηγεί στην απόσπαση ατόμων του στόχου.
Τα κύρια μέρη της συσκευής sputtering είναι ένα αντλητικό σύστημα, ένα σύστημα παροχής αερίου Ar ρυθμιζόμενης πίεσης, ο αεροστεγής θάλαμος όπου τοποθετούνται οι στόχοι και τα υποστρώματα και το τροφοδοτικό λειτουργίας.
Αφ’ότου επιτευχθεί υψηλό κενό μέσα στον θάλαμο εισάγεται το αέριο Ar σε χαμηλή πίεση και δημιουργείται ένα πλάσμα αερίου. Η κατάσταση πλάσματος δημιουργείται λόγω της εφαρμογής μιας τάσεως ανάμεσα στον στόχο (κάθοδος) και στο υπόστρωμα (άνοδος). Έτσι εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια που προέρχονται κυρίως απ’τον στόχο αλληλεπιδρούν με τα άτομα του Ar και σχηματίζονται ιόντα. Έχοντας τοποθετήσει μαγνήτες κάτω από τον στόχο εξασφαλίζουμε τον εντοπισμό των ηλεκτρονίων κοντά στον στόχο με τα ανάλογα ευεργετικά αποτελέσματα. Στην συνέχεια λόγω της αρνητικής τάσης στον στόχο τα θετικά ιόντα Ar οδηγούνται σε αυτόν με υψηλές κινητικές ενέργειες και τον βομβαρδίζουν εξαναγκάζοντας άτομα του να αποκοληθούν και να δημιουργήσουν ένα νέφος. Το νέφος αυτό των ατόμων του στόχου (ουδέτερα κατά 90%) μεταναστεύει προς την περιοχή του υποστρώματος και επικάθονται σε αυτό σχηματίζοντας ένα ομοιόμορφο φιλμ.
Βιβλιογραφία
Plummer, J.D., Deal, M.D., Griffin, P.B., Silicon VLSI Technology, Prentice Hall, New Jersey, 2000.