Общие сведения о вакууме, ионизации газа, плазме

Вакуумом называется разреженное состояние газа, т.е. такое состояние, при котором давление газа в некотором замкнутом герметичном объеме ниже атмосферного давления.

Для того, чтобы создать вакуум в какой- либо установке, из нее необходимо откачать газы. Идеальный вакуум получить нельзя (вакуум - пустота).

Единицами измерения вакуума являются: 1 Паскаль (Па) или 1 мм ртутного столба.

1 мм рт. столба = 133 Па (1 Па = 1 Н/м²)

760 мм рт. столба ≈ 10⁵ Па

Молекулы газа массой m в количестве n, находясь в замкнутом объеме и ударяясь со среднеквадратичной скоростью v о стенки сосуда (в котором они находятся), создают в нем давление

Если Р = 10⁵ – 10¹ Па, в сосуде создан низкий вакуум

Если Р = 10^-1 – 10¹ Па - средний вакуум

Если Р = 10^-1 – 10^-5 Па - высокий вакуум

Если P < 10^-5 Па - сверхвысокий вакуум

Для получения вакуума в установках используются механические и диффузионные насосы.

Ионизацией газа называется процесс превращения нейтральных молекул газа в положительно заряженные ионы.

1 - нейтральная молекула газа

2 - первичный электрон

2' - отраженный первичный электрон

3 - вторичный электрон

4 - положительно заряженный ион газа

В обычных условиях в газе всегда присутствуют свободные электроны. Если в газ поместить катод и анод, то под действием электрического поля эти электроны начинают ускоряться при своём движении в сторону анода. Сталкиваясь на своём пути с

нейтральной молекулой газа, первичный электрон выбивает из молекулы газа вторичный

электрон, превращая нейтральную молекулу в положительно заряженный ион. Отраженный первичный электрон и вторичный электрон ускоряются под действием электрического поля и ионизируют другие молекулы газа.

При высоком напряжении электрического поля процесс ионизации газа приобретает лавинообразный характер. Газ становится проводником электрического тока.

При столкновении нейтральных молекул газа с электронами происходит возбуждение этих молекул и их ионизация. При этом концентрация положительно заряженных ионов газа и концентрация электронов приблизительно одинаковы и очень высоки. Такое состояние газовой среды называется плазмой.

Урок

Плазмохимическое осаждение SiO₂

При плазмохимическом осаждении (ПХО) SiO₂ происходит разложение сложных кремнийсодержащих соединений под действием высокочастотного (ВЧ) разряда, образующего в газовой среде при пониженном давлении низкотемпературную кислородную плазму.

Температура процесса более низкая, чем при пиролитическом осаждении SiО₂, поэтому получаемый оксид кремния можно использовать для пассивации поверхности ИМС (защиты от внешних воздействий), т.к. при осаждении такого окисла не происходит взаимодействия кремния с металлом межсоединений, а созданные в полупроводниковой пластине области р- и n- типа проводимости не увеличивают своих размеров.

В качестве рабочих газов используют соединения кремния и окислители:

или

Скорость осаждения SiO₂ в этом методе составляет 0,1 - 10 мкм/час. Осажденные пленки отличаются от пленок, полученных без плазмы, большей плотностью, лучшей адгезией, низким уровнем механических напряжений. Однако они имеют остаточный заряд.