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 неоднородное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Эмитированные с катода под действием ионной бомбардировки электроны захватываются магнитным полем, им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Электроны оказываются как бы в ловушке, создаваемой с одной стороны магнитным полем, а с другой стороны - поверхностью мишени, отталкивающей электроны. Электроны циклируют в этой ловушке до тех пор, пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа, в результате которых электрон потеряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, большая часть энергии электрона, прежде чем он попадет на анод, используется на ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это в свою очередь обусловливает увеличение интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости распыления, а, следовательно, и скорости осаждения пленки.
На основе полученных аналитических зависимостей и экспериментальных данных была предложена методика [17], согласно которой определяется последовательность расчета параметров процесса распыления и осаждения пленки в зависимости от конструктивных и рабочих характеристик магнетронных распылительных систем. Расчет проведем методом последовательных приближений.
Зададимся значениями индукции магнитного поля и рабочего напряжения и определим границу эффективной области плазмы X0. Электроны, которые попадают в магнитную ловушку и не возвращаются на катод, начинают совершать столкновения в плазме, в результате которых (а также колебаний в плазме) перемещаются в сторону анода. Совершив несколько ионизирующих столкновений, электрон теряет энергию и диффундирует к аноду. Область, в пределах которой электрон теряет энергию, является областью существования плазмы. Граница этой области в разряде МРС по существу условный анод.
Пусть U=750B, B=0.1Тл [17].
Электроны, которые попадают в магнитную ловушку и не возвращаются на катод, начинают совершать столкновения в плазме, в результате которых перемещаются в сторону анода. Совершив несколько ионизующих столкновений, электрон теряет энергию и диффундирует к аноду. Область, в пределах которой электрон теряет энергию, является областью существования плазмы. Граница этой области в разряде магнетронной системы по существу условный анод.
Рассчитаем расстояние от катода до условного анода в МРС для разряда в аргоне [17]:
|
X02=2×me×Up2/W0×B2, |
(4.1) |
Где; W0-суммарная энергия, затрачиваемая электроном на один акт ионизации.
Расчет W0 затруднителен и обычно пользуются экспериментальными данными. Для аргона W0=4.8×10-18Дж/ион (30 эВ/ион) [17].
X0=
2.771
(м).
Реальный анод МРС должен располагаться от центра зоны распыления на расстоянии, не меньшем X0, в противном случае он будет захватывать из магнитной ловушки электроны, способные ионизировать газ, и эффективность разряда будет уменьшаться.
Определим ток разряда, соответствующий выбранному рабочему напряжению [17]:
|
I=C(U2-1.5×U×U0-0.5×U02), |
(4.2) |
где:
|
С=N(p+D); N= D=(Sc/Sn)×G×B; G= |
(4.3) (4.4) (4.5) (4.6) |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
;
;