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磁場在磁控濺射中的作用

文章作者:廣東振華科技
閱讀:2092
發(fā)布時間:2023-12-14
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  磁控濺射主要包括放電等離子體輸運(yùn)、靶材刻蝕、薄膜沉積等過程,磁場對磁控濺射各個過程都會產(chǎn)生影響。在磁控濺射系統(tǒng)中加上正交磁場后,電子受到洛倫茲力的作用而做螺旋徑跡運(yùn)動,必須經(jīng)過不斷的碰撞才能漸漸運(yùn)動到陽極,由于碰撞使得部分電子到達(dá)陽極后能量較小,對基片的轟擊熱也就不大。另外,由于電子受靶磁場的約束,在靶面上的磁作用區(qū)域以內(nèi)即放電跑道這一局部小范圍內(nèi)的電子濃度很高,而在磁作用區(qū)域以外特別是遠(yuǎn)離磁場的基片表面附近,電子濃度就因發(fā)散而低得多且分布相對均勻,甚至比二極濺射條件下的還要低(因為兩者的工作氣體壓力相差一個數(shù)量級)。轟擊基片表面的電子密度低,使得轟擊基片造成的溫升較低,這就是磁控濺射基片溫升低的主要機(jī)理。


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  另外,如果只有電場,電子到達(dá)陽極經(jīng)過的路程將很短,與工作氣體的碰撞概率只有63.8%。而加上磁場后,電子在向陽極運(yùn)動的過程中做螺旋運(yùn)動,磁場束縛和延長了電子的運(yùn)動軌跡,大大提高了電子與工作氣體的碰撞概率,進(jìn)而大大促進(jìn)了電離的發(fā)生,電離后再次產(chǎn)生的電子也加入碰撞的過程中,能將碰撞的概率提高幾個數(shù)量級,有效地利用了電子的能量,因而在形成高密度等離子體的異常輝光放電中,等離子體密度增加。濺射出靶材原子的速率也隨之增加,正離子對靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效,這就是磁控濺射沉積速率高的原因。此外,磁場的存在還可以使濺射系統(tǒng)在較低氣壓下運(yùn)行,低的工作氣壓可以使離子在鞘層區(qū)域減少碰撞,以比較大的動能轟擊靶材,并日能夠降低濺射出的靶材原子和中性氣體的碰撞,防止靶材原子被散射到器壁或被反彈到靶表面,提高薄膜沉積的速率和質(zhì)量。

  靶磁場能夠有效約束電子的運(yùn)動軌跡,進(jìn)而影響等離子體特性以及離子對靶的刻蝕跡;增加靶磁場的均勻性能夠增加靶面刻蝕的均勻性,從而提高靶材的利用率;合理的電磁場分布還能夠有效地提高濺射過程的穩(wěn)定性。因此,對于磁控濺射靶來說,磁場的大小及分布是極其重要的。

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