Свойства оксидных покрытий, полученных с помощью дуального магнетрона
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?бега атомов газа при единичном давлении (1 Па) и температуре 273 К;
Те- электронная температура.
Расчеты, проведенные по формуле для Аr0 с Те =1,5-104 К, показывают, что для частот 1,76; 5,28 и 13,56 МГц Pопт соответственно составляет 0,55; 1,4 и 5,0 Па, что хорошо согласуется с экспериментальными данными для ВЧ-диодных PC без использования магнитного поля.
В ВЧ МРС обычно используется поперечное магнитное поле. Напряженность ВЧ-поля в плазме достаточно мала, так что можно пренебречь его влиянием на траекторию движения быстрых (способных производить ионизацию или диссоциацию) электронов плазмы, поэтому их траекторию можно представить в виде спирали, ориентированной вдоль силовых линий магнитного поля. Основным источником ионизации являются электроны, образованные в плазме и ускоренные ВЧ-полем на границе плазма - область пространственного заряда. Энергия этих электронов составляет несколько десятков электрон-вольт. Вторичные электроны в этом случае играют второстепенную роль, доказательством чего является слабая зависимость параметров ВЧ-разряда от материала катода, а, следовательно, и от коэффициента вторичной электронной эмиссии, а также то, что ВЧ-разряд можно поддерживать.
ВЧ МРС обладают преимуществами перед обычными диодными PC без магнитного поля:
более низким (примерно на порядок) рабочим давлением, что обеспечивает бесстолкновительное движение ионов в области пространственного заряда;
отсутствием явления диффузии распыленных частиц;
снижением энергии ионов до сотен электрон-вольт и возможностью ее регулирования в широких пределах с помощью магнитного поля при неизменной вводимой в разряд мощности, что дает возможность устанавливать оптимальную для данного процесса энергию бомбардирующих ионов;
увеличением скорости распыления по сравнению с PC без магнитного поля при одинаковой мощности, вводимой в разряд, за счет более высокой степени ионизации в результате более полного использования энергии быстрых электронов плазмы;
повышением стабильности разряда и отсутствием паразитных колебаний вследствие контрагирующего действия магнитного поля.
Достоинствами подобной конструкции ВЧ МРС являются:
универсальность, позволяющая получать пленки практически всех материалов (металлы, сплавы, оксиды, нитриды, диэлектрики, магнитные материалы и др.) с достаточной высокой скоростью;
низкое энергетическое воздействие электронов, отраженных атомов аргона и отрицательных ионов на подложку, поскольку последняя вынесена за пределы плазменной зоны;
высокое качество получаемых пленок (структура, состав, морфология, равномерность по толщине);
- большая площадь, на которой можно получить равномерную по толщине пленку без вращения подложки [3].
1.2 Магнетронные распылительные системы
.2.1 Физические основы работы МРС
Ранее основным методом нанесения тонкопленочных покрытий были испарение и конденсация веществ в высоком вакууме. Методы ионного распыления материалов вследствие низких скоростей осаждения и высоких радиационных воздействий на обрабатываемые структуры использовались ограниченно. Появившиеся магнетронные распылительные системы, позволяющие наносить как тонкопленочные слои, так и пленочные покрытия толщиной в сотни микрон, позволили существенно расширить область применения ионного распыления материалов.
В последние годы в нашей стране и за рубежом проведены научные исследования и конструктивно-технологические разработки по созданию широкого класса магнетронных распылительных систем, а также установок и линий (в том числе непрерывного действия) на их основе.
Действие магнетронного источника основано на распылении материала мишени-катода при его бомбардировке ионами рабочего газа, образующимися в плазме аномального тлеющего разряда, возбуждаемого в скрещенных электрическом и магнитном полях. Магнетронная распылительная система (МРС) является одной из разновидностей схем диодного распыления.
Магнетронные распылительные системы получили свое название от СВЧ приборов М-типа (магнетронных устройств), хотя, кроме наличия скрещенных электрического я магнитного полей, ничего общего с ними не имеют. Магнетронные системы относятся к системам распыления диодного типа, в которых распыление материала происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа (обычно аргона), образующимися в плазме аномального тлеющего разряда. Высокая скорость распыления, характерная для этих систем, достигается увеличением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля.
Принцип действия магнетронной распылительной системы показан на рис. 1.1.
- катод-мишень; 2 - магнитная система; 3 - источник питания; 4 - анод;
- траектория движения электрона; 6 - зона распыления; 7 - силовая линия магнитного поля.
Рисунок 1.1 - Схема МРС с плоской мишенью.
Основными элементами устройства являются катод-мишень, анод и магнитная система. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы. Поверхность мишени, расположенная между местами входа и выхода силовых линий магнитного поля, интенсивно распыляется и имеет вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой полюсов магнитной системы.
При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный или нулевой потенциал) возникает неодно?/p>