استفاده از اسپاترینگ (Sputtering) برای ساخت یک لایه نازک، اولین بار در سال ۱۸۵۲ میلادی گزارش شد. معادل فارسی آن کندوپاشی است. امروزه دانش کافی نسبت به فرایند پیچیده‌ای که حین بمباران یونی سطح هدف جامد رخ می‌دهد توسعه یافته و تجهیزات امروزی قابلت طراحی فرایندی تکرار پذیر و قابل کنترل را مهیا ساخته‌اند. پیشرفت این شاخه از علم که با اندرکنش یون- سطح مرتبط است با توسعه موازی فناوری خلا بالا و روش‌های بسیار حساس میکرو آنالیز تسریع شد.
شرکت Quorum Technologies
این شرکت را میتوان جز رهبران بازار و تکنولوژی در پوشش میکروسکوپ الکترونی و آماده سازی شرایط فوق سرد (Cryogenic) دانست. فناوری Quorum در سال ۲۰۰۱ تاسیس شد، با کسب نام تجاری Polaron، طیف وسیعی از محصولات میکروسکوپ الکترونی (EM) از Thermo Instrument را به بازار عرضه کرد. در سال ۲۰۰۵ نام تجاری قابل رقابت Emiteeh را بدست آورده که به آنها اجازه داد تا طیف محصولاتشان را گسترش دهند و کسب و کار خود را رونق بخشد. لوگوی شرکت به شکل زیر است.
کمی درباره درستگاه لایه نشانی SC7620
این دستگاه، یک اسپاتر کوتر کوچک برای SEM است. ترکیب این دستگاه با سیستم پوشش دهی کربن، یک اسپاتر SEM ارزان قیمت و ایده آل را پدید می آورد. علاوه بر این SC7620 به صورت استاندارد با سیستم تخلیه درخشان (Glow Discharge) تجهیز شده است که آن را برای هیدروفلیلیشن (Hydrophilisation) یا خیس کردن(Wetting) گریدهای TEM پوشش داده شده با کربن و سایر اصبلاحات سطح مناسب ساخته است.
ویژگی های کلیدی و پارامترهای مهم دستگاه اسپاتر کوتر SC7620
ویژگی ها
- قدرتمند و قابل اعتماد
- طراحی فشرده و کم حجم
- قابلیت تخلیه درخشان (Glow discharge)
- تبخیر فیبر کربنی (اختیاری)
- ارتفاع قابل تنظیم نمونه
- تعویض آسان تارگت ها (استانداردهای طلا/پالادیوم Au/Pd)
پارامترهای مهم
- سیستم اندازه گیری خلاء: Pirani gauge with analogue display
- شرایط خلاء: ۲x 10^-2 mbar در یک محفظه تمیز
- تایمر یا زمان بندی سیستم: از ۱۵ ثانیه تا ۱۸۰ ثانیه قابل تنظیم به صورت دستی
- تخلیه درخشان: در ۱۰۰ mA +DC و ۳۰ mA -DC عمل می کند.
- جنس محفظه: Borosilicate Glass با قطر ۱۰۰ nm قرار گرفته بر روی آلومینیوم
- خروجی منبع تغذیه: در حالت نرمال حداکثر ولتاژ ۸۰۰ VDC در شدت حریان ۲۰ mA
- مورد استفاده برای فلزات نجیب (غیر اکسید کننده)
** سایر ویژگی ها را میتوانید با دانلود کاتالوگ محصول در بخش دانلودها مطالعه نمایید **
تارگت های قابل استفاده در فرایند اسپاترینگ SC7620
- طلا/پالادیوم : این تارگت به عنوان استاندارد ارائه شده و خواص مشابه طلا (نرخ لایه نشانی، میدان الکترونی ثانویه و …) دارد اما اندازه ذرات اسپری شده کوچکتر است.
- طلا : این تارگت هنوز در بسیاری از آزمایشگاه ها به طور گسترده استفاده می شود.
- نقره : در مقایسه با سایر فلزات، برداشتن با ریمو کردن نقره نسبتا آسان تر است و برای استفاده در موزه، پزشکی قانونی و موارد مشابه مفید است.
- پالادیوم : گاهی اوقات پالادیوم به جای طلا و طلا/پالادیوم در میکروآنالیزهای پرتو ایکس (X-ray) استفاده می شود.
توضیحات و مکانیزم روش اسپاترینگ یا لایه نشانی
توضیحات روش اسپاترینگ
اسپاترینگ یکی از روش‌های لایه نشانی از فاز بخار است که به‌طور عمده برای تولید فیلم فلزات از نانو تا میکرو میباشد. فرایند اسپاترینگ عبارت است از کندوپاش اتم‌های یا مولکول‌های منبع یا هدف(Target) و ایجاد یک فیلم با یون‌های یک گاز خنثی که در پلاسما ایجاد شده و درمیدان ایجادکننده پلاسما شتاب می‌گیرند. مانند سایر روش‌های لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا، روش کندوپاش نیز شامل سه مرحله ی تبخیر ماده ی منبع، انتقال بخار از منبع به جسم و تشکیل لایه نازک روی جسم با انباشت بخار منبع مورد نظر است.
در این روش، برای اینکه ماده ی منبع به فاز بخار درآید، از بر هم کنش فیزیکی ذره‌هایی که به ماده منبع برخورد می‌کنند استفاده میشود. ماده منبع که به ولتاژ منفی متصل است، نقش کاتد را دارد. با بمباران و برخورد ذرات پر انرژی به سطح منبع، اتم‌ها یا مولکول‌های آن از سطح جدا شده و به بیرون پرتاب می‌شوند و در میدان ایجادکننده ی پلاسما شتاب می‌گیرند. جسم مورد نظر به ولتاژ مثبت متصل است و در واقع نقش آند را دارد، بنابراین لایه‌ای از جنس منبع روی آن انباشته میشود. این روش برای ایجاد پوشش و ساخت لایه‌های نازکی که کاربردهایی مانند اپتیکی، ذخیره‌سازی مغناطیسی و… دارند، استفاده میشود.
مکانیزم فرآیند لایه نشانی
لایه نشانی اسپاترینگ به‌طور ذاتی یک روش پوشش دهی خلاء است. در عمل ماده مورد نظر جهت لایه نشانی یا همان هدف در مقابل زیر لایه و در فشار اولیه مشخص قرار می‌گیرید. معمول‌ترین شیوه تأمین یون، عبور مداوم گازی همچون آرگون است که فشار را افزایش داده قوس درخشان یا همان پلاسما (یکی از چهار فاز اصلی ماده) را تشکیل می‌دهد.
یون‌های شتابدار انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند به طوری‌که رسیدن به این سطح انرژی با حرارت دادن به نمونه امکان‌پذیر نیست. به علاوه لایه ایجاد شده مورد اصابت ذرات مختلف اما کم انرژی مثل اتم‌های هدف، یون‌های برگشتی گاز آلاینده و غیره قرار می‌گیرند. بنابراین اندرکنش یون- سطح تنها منحصر به هدف نیست بلکه در سینیتیک جوانه زنی و رشد فیلم نیز تأثیر بسزایی دارد و کنترل بمباران یونی در هدف؛ خواص و ریزساختار فیلم را تعیین میکند. (منبع)
انواع روش های اسپاترینگ
- اسپاترینگ الکترونیکی (Electronic Sputtering)
- اسپاترینگ پتانسیلی (Potential Sputtering)
- اسپاترینگ حکاکی و شیمیایی (Etching and Chemical Sputtering
دستورالعمل کار با دستگاه SC7620
Sputter Coater SC7620
این دستگاه به منظور بارگذاری لایه نازک از فلزی خاص (طلا و نقره و …) روی یک سطح و گرفتن آنالیز از نمونه ایجاد شده می باشد. برای اینکه عمل لایه نشانی با موفقیت صورت بگیرد نیاز است که شرایط زیر در دستگاه فراهم شود تا پلاسما تولید شود.
در دستگاه لایه نشانی SC7620T، پلاسما با سه فاکتور در کنار هم تولید میشود که عبارت است از:
- وجود گاز آرگون
- وجود ولتاژ در محدوه ۱۲۰۰ ولت
- ایجاد خلاء
در محفظه ایجاد پلاسما، وجود خلاء نسبی و گاز آرگون بین یک سطح از فلز واسط که به پلاریته مثبت ۱۲۰۰ ولت متصل است و سطحی که قرار است این بارگذاری روی آن انجام شود باعت تولید اشعه UV (فرابنفش) یا تخلیه درخشان شده که همان شرایط پلاسما است. بر روی دستگاه محلی برای اتصال گاز آرگون (GAS IN) و محلی برای اتصال پمپ خلا در نظر گرفته شده است.
کلید های روی دستگاه و دستورالعمل کار با آن
- سلکتور TIME-SECOND مدت زمان آزمایش را تعیین می کند.
- شیر VENT در پایان فرایند برای گرفتن خلا از محفظه تشکیل پلاسما به کار میرود.
- شیر LEAKبرای کنترل جریان آرگون به محفظه تشکیل پلاسما به کار می رود که با افزایش گاز آرگون پلاسمای قوی تری تشکیل می شود دراستفاده از این شیر باید به میزان خلاء نیز توجه نمود.
- در شروع کار ابتدا کلید START_PUMP را فشار میدهیم بعد از فشار این کلید چراغ مربوط به آن باید روشن بماند.
- سپس از کلید SET_PLASMA برای چک کردن دستگاه در تولید پلاسما اطمینان حاصل میکنیم.
- بعد ازچک کردن و آماده بودن دستگاه با فشردن کلید START_PROCESS عملیات بعد از طی شدن زمان مشخص شده به اتمام میرسد.
- عقربه PROCESS CURRENT ma میزان جریان را اندازه می گیرد که انحراف آن به سمت راست نشان از تشکیل پلاسمای قویتر میباشد (انحراف عقربه بهتر است متعادل باشد نه کم و نه زیاد باشد)
- عقربه CHAMBER PROCESS mbar میزان خلاء در محفظه تشکیل پلاسما را نمایش می دهد که با چرخش شیر LEAK تغییر میکند.
نکته۱: اگر خلا در هر مرحله از کار افت کند دستگاه به صورت اتوماتیک عملیات را متوقف میکند.
نکته۲: اگر هریک از سه عامل وجود نداشته باشد نور UV در محفظه تشکیل پلاسما دیده نمی شود.
عیب یابی اولیه
- گاز آرگون نشتی داشته باشد و میزان کمتری از آن وارد دستگاه شود یا گاز آرگون زیادی وارد دستگاه شود در هر دو صورت دستگاه به درستی کار نمیکند. بنابراین میزان گاز آرگون را تنظیم نمایید.
- ترانس دستگاه دارای نقص قنی باشد و ولتاژ موردنیاز دستگاه تامین نشود.
- دکمه Start Pump به درستی کار نکند و خلاء و پلاسما تشکیل نشود.
SC7620 Brochure Sputter Coater برای دانلود فایل پی دی اف دستگاه اسپاتر کوتر SC7620 روی لینک آبی کلیک نمایید.
