УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к устройствам, применяемым для лазерно-плазменного напыления тонких пленок и многослойных тонкопленочных структур, а именно, для эпитаксиального выращивания пленок металлов, полупроводников и диэлектриков.
Уровень техники представлен импульсным лазерным испарителем с сепарацией ионов (прототип) по патенту РФ №2070611 от 26.08.1993 г., МПК-6: С23С 14/46, опубликованному 20.12.1996 г. в бюллетене №35.
Прототип содержит импульсный лазер, объектив, систему сканирования лазерным лучом и механизм смены мишеней, причем дополнительно устройство-прототип снабжено устройством формирования монохроматического потока ионов, выполненного в виде каскада, состоящего из сепаратора ионов с зоной дрейфа испаренных частиц, системы дополнительной ионизации, системы создания замедляющего и ускоряющего поля и дополнительного магнитного или электростатического сепаратора, позволяющего формировать пучки ионов с разной энергией.
Общими признаками прототипа и заявляемого в качестве полезной модели технического решения являются: наличие импульсного лазера, объектива и механизма смены мишеней, а также наличие устройства, позволяющего формировать пучки ионов с разной энергией.
К недостаткам данного устройства можно отнести относительную сложность конструкции, связанную со способами управления энергией напыляемых ионов - магнитными или электростатическими.
Метод лазерно-плазменного напыления широко применяется для вакуумного выращивания тонких металлических и полупроводниковых пленок и многослойных структур. Основной проблемой данного метода является отсутствие возможности управления энергетическим спектром осаждаемых ионов, при изменении плотности мощности на мишени изменяется интенсивность потока осаждаемых частиц, а энергетический спектр частиц изменяется по закону , где n изменяется от 2 до 3, таким образом, существенное изменение энергетического спектра происходит только вблизи порога абляции.
Задачей полезной модели является создание устройства для лазерно-плазменного напыления с возможностью управления энергетическим спектром осаждаемых частиц, позволяющее изменять свойства напыляемых пленок, в частности, изменять параметры кристаллической решетки, кристаллическую структуру, шероховатость поверхности и другое.
Технической задачей является создание компактного устройства, позволяющее изменять энергию осаждаемых частиц в процессе напыления, так как решение проблемы управления энергетическим спектром осаждаемых частиц в широком диапазоне с помощью изменения режимов напыления не представляется возможным.
Устройство для лазерно-плазменного напыления поясняется рисунком, где:
1 - лазер,
2 - светоделительный элемент,
3 - поворотное зеркало,
4 - объектив,
5 - оптическое окно,
6 - лазерное излучение,
7 - мишень,
8 - механизм смены мишеней,
9 - плазменный факел,
10 - подложка,
11 - вакуумная камера.
Устройство для лазерно-плазменного напыления состоит из импульсного лазера 1, светоделительного элемента 2, поворотных зеркал 3, объективов 4, вакуумной камеры 11 с оптическими окнами 5, через которые заводится лазерное излучение 6. В вакуумной камере расположены мишени 7 под углом Θ друг к другу, закрепленные на механизме смены мишеней 8, причем угол Θ может изменяться от 0 до 180 градусов, перпендикулярно биссектральной оси угла Θ расположена подложка 10.
Устройство управления энергетическим спектром напыляемых частиц состоит из мишеней 7, расположенных под углом Θ друг к другу и закрепленных на механизме смены мишеней 8, причем угол Θ может изменяться от 0 до 180 градусов.
Устройство позволяющее изменять энергию напыляемых частиц работает следующим образом:
x
Лазерное излучение 6 разделяется оптическим элементом 2 на два пучка, каждый из которых заводится поворотными зеркалами 3 в вакуумную камеру 11 через оптические окна 5 и фокусируются с помощью объективов 4 на поверхность мишени 7 напыляемого материала, в результате чего на поверхностях мишеней образуется плазменные факелы, которые распространяются перпендикулярно поверхности мишеней. При пересечении плазменных факелов их ионные составляющие отклоняются под действием кулоновской силы в сторону подложки 10, причем при изменении угла Θ между мишенями изменяется энергия отклоненных ионов в результирующем факеле 9. Изменение энергии ионов в отклоненном плазменном факеле поясняет рис.2. При увеличении угла Θ проекция 15 (V) скорости 14 (V) ионов 12 на ось 13 (ось OX) уменьшается, что приводит к уменьшению кинетической энергии ионов в результирующем факеле. Таким образом, можно управлять энергией ионов в широком диапазоне.