В процессе покрытия, известном, как напыление, которое используется широко в исследованиях и промышленности, ионы плазмы, врезаются в мишень, выбивая атомы, которые покрывают соседние поверхности. В Физических Письмах Обзора 30 января, исследователи показывают, что, управляя напылительной установкой, при напряжениях далеко вне рекомендованных пределов изготовителя, они могут резко увеличить число ионов, которые это производит. Команда, описывает внезапное увеличение количества ионов, которых они наблюдали в этом режиме высокого напряжения. Метод обеспечивает улучшение стойкости к коррозии покрытия, для частей самолета или крошечных проводов для интегральных схем.
Напыление - один из нескольких методов нанесения тонких пленок на основание, как деталей машин,так и на слой полупроводников. Основание помещается, наряду с "мишенью", сделанной из материала необходимого, в камере, заполненной газом с низким давлением. Исследователи применяют напряжение к мишени, которая ионизирует газ поблизости, создавая плазменный разряд, в виде светящегося тумана над мишенью, как плазма во флуоресцентной лампочке. Плазменные ионы притягиваются к мишени,и поскольку каждый поражает ее, то выбивает несколько атомов, которые летят поперек камеры и слоя, окружающей основание поверхности.
Одна проблема напыления состоит в том, что получающееся покрытие содержит микроскопические пустоты, которые могут вызвать проблемы позже. Чтобы улучшать качество пленки, некоторые исследователи увеличили плазменную плотность, по существу делая "флуоресцентную луковицу" более яркую, при использовании очень высоких напряжение мишени. Более плотная плазма поднимает больше атомов и ионизирует многие из них, поскольку они проходят через это. И когда эти ионы, наряду с нейтральными атомами, покрывают основание, они создают менее пористую пленку, по сравнению с пленками, сделанными с нейтральными атомами исключительно. Чтобы избегать катастрофического нагревания, однако, плазменная разгрузка должна быть произведена в коротком импульсе несколько десятков микросекунд , таким образом полное число ионов невелико. Джоаким Андерссон и Андре Андерс Лоренса Беркелея, Национальная Лаборатория в Беркли, Калифорнии, хотела видеть то, что они хотели получить плазму еще плотнее. "Мы имеем ощущение игры," говорит Андерс.
"Требуется удивительно небольшое увеличение напряжения," Андерс вспоминает.Прежде, чем команда увидела внезапное и резкое повышение числа ионов, бомбардирующих основание. В этом высоком напряжении (несколько сотен вольт), которые Андерс в шутку называет "оскорбительным" для напылительной установки, есть эффект обратной связи, когда очень много атомов смещались от цели и оставались в плазме и увеличивая ее. Эта увеличенная плазма выбивает больше атомов, приводя к основанию. Другие видели "самораспыление" прежде всего, как режим, где атомы мишени замещены другим, перерабатывающим атомы мишени. Но никто предварительно не увеличивал поток ионов, поражающих основание вне потока плазмы. Чтобы позволять время для этого процесса, исследователи должны были держать импульс намного дольше нормального, приблизительно 400 микросекунд, и избегать перегрева от длительного импульса.
Исследователи демонстрировали роль атомов мишени, удаляя газ из камеры полностью, начиная зажигать плазму короткой электрической дугой, чтобы обеспечить обратную связь. Они также использовали мишень, сделанную из меди, атомы которой особенно легко выбить. Наблюдения соответствуют простой теории, которая объясняет, почему увеличение напряжения мишени приводит к увеличивающейся по экспоненте ионизации атомов мишени, проходящих через плазму. Ключ к тому, что подъем напряжения нагревает электроны плазмы, которые могут тогда ионизировать больше атомов мишени.
Получающийся ион, наносится проще и быстрее , чем в других исследованиях. Ульф Хельмерссон Университета Линкопинг в Швеции признается в наличии "некоторого недоверия" в начале, что поток иона мог превысить поток, поставляемый мишенью, но позже убедился в этом. Новая работа - "очень важный вклад в понимание этого вида разряда," говорит Аратиун Эхиазариан, Шеффилдский Университет Халлам в Англии, а также она расширила его практическое применение в нанесении покрытий .
Посмотреть видео
Дон Монрое
Дон Монрое - внештатный автор науки в Марри Хилле, Нью-Джерси.
|
