傳統(tǒng)的磁控濺射設(shè)施因?yàn)榈入x子體體在靶面構(gòu)成跑道效應(yīng),因而存在著靶材利用率低,反響濺射內(nèi)中中穩(wěn)固性差的問題。M.J.Thwaites提出了一種利用磁場將等離子體體產(chǎn)生與濺射離開的構(gòu)造,白文基于這種構(gòu)造結(jié)構(gòu)了一個(gè)試驗(yàn)平臺對其繼續(xù)了鉆研,兌現(xiàn)了全靶侵蝕,普及了零碎的穩(wěn)固性。
磁控濺射技能有著很寬泛的用處,在該署利用中,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的磁控濺射技能存在著一些固有的有余,最顯著的問題是等離子體體在靶面構(gòu)成跑道,因而存在著靶材利用率低,反響內(nèi)中尤其是在繼續(xù)反響濺射內(nèi)中中很平衡固。要從基本上克服上述的問題則務(wù)必使等離子體體可以在靶面構(gòu)成靶面全侵蝕。通常有兩種步驟達(dá)成靶面全侵蝕的目標(biāo)：(a)將靶設(shè)計(jì)成閉合等離子體體跑道的形態(tài),如圓扇形等離子體體磁控管;(b)掃描產(chǎn)生閉合磁控管尖端放電的磁石,如全侵蝕矩形靶和圓柱形立體式磁控濺射靶。
另外,再有一種與通例的磁控濺射有很大區(qū)別的筆錄,就是將等離子體體的產(chǎn)生與靶材的濺射內(nèi)中離開。1989年GregorCampbell就提出了這種構(gòu)造。它的離子源全體采納的是電鉆波的地線構(gòu)造,只管等離子體體的離化率很高,然而構(gòu)造簡單。2000年M.J.Thwaites采納了一種更為容易的地線構(gòu)造來開發(fā)設(shè)施,該設(shè)施存在濺射中濺射直流電涌現(xiàn)飽和景象、濺射直流電隨濺射功率的增多而增多和全靶侵蝕的特點(diǎn),在反響磁控濺射中有很大的利用。白文經(jīng)過對M.J.Thwaites步驟的綜合,由此結(jié)構(gòu)了一個(gè)試驗(yàn)平臺繼續(xù)了初步嘗試鉆研。1、試驗(yàn)原理
M.J.Thwaites的重利用率等離子體體濺射步驟的原理圖如次圖所示,它由三全體組成:等離子體體的產(chǎn)生全體、等離子體體到靶名義的輸運(yùn)內(nèi)中、等離子體體對靶的濺射內(nèi)中。
圖1等離子體體濺射步驟的原理圖
產(chǎn)生等離子體的步驟有多種,比如電感嚙合等離子體體,庫容嚙合等離子體體,微波等離子體體和電鉆波等離子體體之類。設(shè)施中采納了電感嚙合等離子體身段式。射頻線圈、射頻電源、石英管形成產(chǎn)生離子源的安裝。石英管中通入Ar氣后,在射頻電源和射頻線圈的作用下產(chǎn)生等離子體體。將湊近石英管的直流線圈界說為發(fā)射線圈,湊近靶的全體界說為偏轉(zhuǎn)線圈。因?yàn)榘l(fā)射線圈的存在,使之與繁多的電感嚙合等離子體體有一些相反,它普及了等離子體體的水解率,在嘗試中能夠看到等離子體體在加發(fā)射線圈直流電后顯然發(fā)亮。
石英管中產(chǎn)生的等離子體體在直流偏壓的作用下抵達(dá)靶名義繼續(xù)濺射。而發(fā)射電磁線圈和偏轉(zhuǎn)電磁線圈產(chǎn)生的空間磁場將束縛等離子體體使其在空間構(gòu)成從石英管到濺射靶的陸續(xù)的等離子體體。流過線圈的直流電決議了線圈產(chǎn)生的磁場的大小,磁場的位置。因而由發(fā)射電磁線圈和偏轉(zhuǎn)電磁線圈在真空室內(nèi)構(gòu)成的空間磁場的強(qiáng)度和分度就顯得很不足道。因?yàn)閮蓚�(gè)位置相同的磁場在空間中會彼此對消,因而兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的磁場位置務(wù)必統(tǒng)一。2、試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)和試驗(yàn)后果綜合2.1、試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)
嘗試平臺中,產(chǎn)生等離子體體的具體全體由石英管,與石英管齊心的射頻線圈,射頻電源和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組成。射頻電源采納效率為13.56MHz,功率為500W。石英管一端連入真空室,一端通氣體,射頻線圈以圓的銅管繞成,運(yùn)行時(shí)銅管通冷水,制約其發(fā)熱和穩(wěn)固名義電阻。濺射靶接直流偏壓電源的負(fù)極繼續(xù)濺射。
白文中利用ANSYS對發(fā)射電磁線圈和偏轉(zhuǎn)電磁線圈在真空室內(nèi)構(gòu)成的磁場散布和磁場強(qiáng)度繼續(xù)了模仿。圖2和圖3別離為是兩個(gè)直流線圈磁場位置統(tǒng)一時(shí)在真空室產(chǎn)生的磁場的散布和沿門路地磁場強(qiáng)度散布。圖中沒有箭鏃的那條線極為界說的門路,用來視察磁場強(qiáng)度在空間的散布。由圖2的磁場散布能夠看出當(dāng)兩個(gè)直流線圈位置統(tǒng)一時(shí)可以產(chǎn)生束縛等離子體體陸續(xù)的磁場。沿門路所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度最高為529Gauss,最低為209Gauss。可見磁場強(qiáng)度達(dá)成了發(fā)射線圈為50Gauss,偏轉(zhuǎn)線圈為500Gauss的務(wù)求。圖4和圖5別離為是兩個(gè)直流線圈磁場位置不統(tǒng)一時(shí)在真空室產(chǎn)生的磁場的散布和沿門路地磁場強(qiáng)度散布。能夠看到磁場散布是不陸續(xù)的,沿門路的磁場強(qiáng)度最高為482Gauss,最低為91Gauss,只管磁場強(qiáng)度滿足務(wù)求,然而因?yàn)榇艌錾⒉嫉牟魂懤m(xù),因而不會束縛構(gòu)成陸續(xù)的等離子體體。
圖2兩個(gè)直流線圈磁場位置統(tǒng)一時(shí)真空室內(nèi)的磁場散布仿真 圖3兩個(gè)直流線圈磁場位置統(tǒng)一時(shí)真空室內(nèi)磁場沿門路的強(qiáng)度散布 圖4兩個(gè)直流線圈磁場位置不統(tǒng)一時(shí)真空室內(nèi)的磁場散布仿真 圖5兩個(gè)直流線圈磁場位置不統(tǒng)一時(shí)真空室內(nèi)磁場沿門路的強(qiáng)度散布
在上述安裝的根底上再加上真空零碎就形成了嘗試平臺。采納不銹鋼為靶材咱們對準(zhǔn)M.J.Thwaites提出的設(shè)施的特點(diǎn)繼續(xù)了無關(guān)濺射電壓和濺射直流電關(guān)系的多少組試驗(yàn)。
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