Magnetronforstøvning

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. januar 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Magnetronsputtering  er en teknologi til afsætning af tynde film på et substrat ved hjælp af katodesputtering af et mål i et plasma af en magnetronudladning - en diodeudladning  i krydsede felter. Teknologiske enheder designet til at implementere denne teknologi kaldes magnetronforstøvningssystemer, eller kort sagt magnetroner (ikke at forveksle med vakuummagnetroner  - enheder designet til at generere mikrobølgeoscillationer ).

Magnetronudladning

En magnetronudladning er en diodegasudladning i krydsede felter (der er et område af rummet i udladningsvolumenet, hvor de elektriske og magnetiske felter er vinkelrette på hinanden ; de magnetiske feltlinjer er rettet over strømlinjerne ).

Opdagelseshistorie

I 1898 beskrev den britiske forsker Phillips udseendet af en ringformet elektrisk udladning, der opstår omkring mellemrummet mellem stavelektroder i en glaspære under reduceret tryk, når et aksialt magnetfelt tændes. I 1913 blev prof. Strutt fortolkede Phillips-udladningen som en elektrisk udladning i krydsede felter - et aksialt magnetfelt og et radialt elektrisk. Han foreslog, at et radialt elektrisk felt skabes af en positiv ladning akkumuleret under den tidligere udladning på pærevæggen modsat mellemrummet mellem elektroderne, og gasionisering er forårsaget af negative partikler under deres forlængede løb over magnetfeltet fra aksen til pære væg. Strutt installerede en ringformet anode omkring enderne af stangelektroderne og opnåede en stabil ringudladning. Det største bidrag til undersøgelsen af ​​magnetronudladningen blev ydet af den hollandske fysiker F. M. Penning. Sammen med andre anvendelser af magnetronudladningen (som en ionkilde , en vakuummålingssensor , en ionpumpe) foreslog han brugen af ​​en magnetronudladning til sputtering og belægning [1] .

Fysiske fundamenter

Fra elektronemissionsmekanismens synspunkt er en DC-magnetronudladning en unormal glødeudladning . Elektroner forlader katodeoverfladen på grund af ion-elektronemission under påvirkning af ionbombardement . På grund af det faktum, at koefficienten for ion-elektronemission er meget lille, overstiger ionstrømmen til katoden elektronstrømmen med mindst en størrelsesorden. Balancen af ​​ladede partikler i plasmaet er tilvejebragt ved ionisering af neutrale gasatomer af elektroner accelereret af det elektriske felt i det mørke katoderum.

I modsætning til en glødeudladning, hvor en elektron, der ikke oplever kollisioner, frit vil blive accelereret af et elektrisk felt, indtil den forlader området for katodepotentialfaldet (mørkt katoderum), får tilstedeværelsen af ​​et tværgående magnetfelt elektronen til at bøje sin bane under indflydelse af Lorentz-styrken . Med et tilstrækkeligt magnetfelt vil elektronen vende tilbage til katoden med næsten nul energi og igen begynde accelereret bevægelse under påvirkning af det elektriske felt. Banen for dens bevægelse vil være en cykloid , elektronen driver langs katodens overflade i en retning vinkelret på både det elektriske og magnetiske felt. Elektronen er i en "fælde", som den kun kan forlade ved at kollidere med en anden partikel. Så vil den skifte til en ny bane, placeret lidt længere fra katoden, og så videre, indtil felterne er svækket, den magnetiske på grund af afstanden fra det magnetiske systems poler, den elektriske på grund af plasmascreeningen. På grund af tilstedeværelsen af ​​en fælde øges effektiviteten af ​​ionisering af udsendte elektroner mange gange, hvilket gør det muligt, i modsætning til en konventionel diodeudladning, at opnå en høj ionstrømtæthed og dermed høje sputterhastigheder ved relativt lave tryk på størrelsesordenen 0,1 Pa og derunder. For at fælden skal fungere effektivt, er det nødvendigt at udelukke lækage af elektroner til anoden langs magnetfeltlinjerne, og driftbanerne skal lukkes.

Fundamentals of technology

Den teknologiske betydning af magnetronforstøvning ligger i det faktum, at ionerne, der bombarderer overfladen af ​​katoden (målet), sputter den. Magnetronætsningsteknologier er baseret på denne effekt, og på grund af det faktum, at det sputterede målstof, aflejret på substratet, kan danne en tæt film, har magnetronsputtering fået den bredeste anvendelse.

Mål sputtering

Når ioner kolliderer med måloverfladen, overføres momentum til materialet [2] [3] . Den indfaldende ion forårsager en kaskade af kollisioner i materialet. Efter flere kollisioner når pulsen et atom placeret på overfladen af ​​materialet, som bryder væk fra målet og aflejres på overfladen af ​​substratet. Det gennemsnitlige antal udstødte atomer pr. indfaldende argonion kaldes processens effektivitet, som afhænger af indfaldsvinklen, ionens energi og masse, massen af ​​det fordampede materiale og atomets bindingsenergi i materiale. I tilfælde af fordampning af krystallinsk materiale afhænger effektiviteten også af krystalgitterets arrangement.

Partikler, der forlader måloverfladen, aflejres i form af en film på substratet og spredes også delvist på molekylerne af resterende gasser eller aflejres på væggene af arbejdsvakuumkammeret.

Sprøjtning af metaller og legeringer

Aflejringen af ​​metaller og legeringer udføres i et miljø med inert gas , normalt argon . I modsætning til den termiske fordampningsteknologi resulterer magnetronforstøvning ikke i fraktionering af mål med kompleks sammensætning (legeringer).

Reaktiv sprøjtning

Til deponering af komplekse forbindelser, såsom oxider og nitrider , anvendes den såkaldte reaktive magnetronforstøvning. En reaktiv gas (såsom oxygen eller nitrogen ) tilsættes til plasmagassen (argon ). I plasmaet af en magnetronudladning dissocierer den reaktive gas og frigiver aktive frie radikaler , som interagerer med de sputterede atomer aflejret på substratet og danner en kemisk forbindelse .

Magratron

I nogen tid blev udtrykket "Magratron" også stødt på i sovjetisk litteratur. Stavelsen "Mag" i forkortet form betød magnetron, "ra" - sputtering, "tron" - en elektrisk udladningsanordning. På grund af dets uoversættelighed til fremmedsprog slog udtrykket ikke rod, ordet "magnetron" begyndte at blive brugt i stedet.

Se også

Noter

  1. ↑ Kuzmichev, 2008 , s. 42-51.
  2. ↑ Sigmund, 1987 .
  3. ↑ Behrisch, 2007 .

Litteratur