1. Магнетронное распыление
Copyright © Wondershare Software

2. Принцип получения пленок
магнетронным распылением
•
Электроны, эмитируемые из
мишени падающими ионами,
захватываются магнитным
полем и под его действием
совершают сложное
циклоидальное движение по
замкнутым траекториям вблизи
поверхности мишени.
•
Локализация электронов в
пространстве, примыкающем к
мишени, способствует
формированию плазмы, а
сильное магнитное поле
удерживает плазму в этом
пространстве.
•
Высокая плотность потока
ионов и большая удельная
мощность увеличивают
скорость распыления.
Достоинства
магнетронного
распыления
Высокий вакуум,
как следствие,
более чистые пленки
Высокая скорость
распыления
Copyright © Wondershare Software

3. Движение заряженной частицы
•
Основным типом движения
заряженной частицы в
плоскости перпендикулярной
магнитному полю является
циклотронное движение с
радиусом вращения RL
(Ларморовский радиус)
• V - составляющая V
rl
скорости частицы в = w
V
направлении,
rl =
w
перпендикулярном
l
силовым линиям
магнитного поля
• w – циклотронная
частота
• e – заряд электрона
• В – индукция
магнитного поля
• m – масса частицы
• Z– степень ионизации
V
r =
w
ezB
w=
m
Copyright © Wondershare Software

4. Движение заряженной частицы
Траектория частицы при движении без начальной скорости в однородных электрическом
и магнитном полях представляет собой циклоиду высотой h, равной двум ларморовским
радиусам
• Z – заряд частицы
• Е – напряженность
поля
c
2
• m – масса частицы
• В – магнитная
индукция
2mE
h =
ezB
Совместное действие электрического и
магнитного полей вызывают дрейф
заряженной частицы со скоростью V
Скорость градиентного и
центробежного дрейфа в
неоднородных полях
E
V =
B
m
2
2
V=
(V ⊥ + 2V P)[n × ∇ B ]
2
2ezB
Copyright © Wondershare Software

5. Магнетронная распылительная
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.
Copyright © Wondershare Software

6. Работа магнетронной распылительной системы
Ларморовский радиус у
ионов больше, чем у
электронов, поэтому
магнитное поле практически
не влияет на траекторию
движения ионов, которые
под действием
электрического поля
движутся прямолинейно к
мишени.
подложка
Электроны же перемещаясь
по сложным траекториям в
области магнитной ловушки,
совершают многократные
столкновения с атомами
рабочего газа, вызывая его
ионизацию.
Следовательно, основную
роль в процессах
образования и поддержания
плазмы в МРС играют
электроны
Отрицательно заряженный электрод
Модель, изображающая работу магнетронной Wondershare Software
Copyright © системы

7. Ширина темного катодного
пространства (ТКП)
Электрон, ускоряясь в области ТКП
шириной d по циклоидной
траектории удаляется от катода на
расстояние l и попадает в область
плазмы.
Реальную ширину ТКП можно
приближенно выразить через формулу
Чайльда-Ленгмюра
mi – масса иона
Ji – плотность ионного тока
U
3
4
k
d = 4,7 × ×
10
1
2
(mi ×J i ) 4
11
Если считать d и l близкими по значению,
то ширину ТКП можно рассчитать по
формуле
−6
d = 2rl = 6,71 ×
10 ×
Uk
Bk
Ширину ТКП, вычисленную по этой формуле
можно считать максимально возможной.
В этом случае практически все электроны с
катода движутся в области ТКП и не
заходят в область отрицательного свечения
плазмы.
Copyright © Wondershare Software

8. Схема разрядного промежутка МРС
Область существования
плазмы ограничивается
пределами, в которых
электрон теряет свою
энергию. Граница этой
области в разряде МРС
является условным
анодом.
Реальный анод должен
располагаться на
расстоянии, не меньшем
расстояния от катода до
условного анода Х0. В
противном случае он
будет захватывать
электроны, способные
ионизировать газ.
Copyright © Wondershare Software

9. Распределение пространственного
заряда плазмы
• При скрещенных полях
могут наблюдаться три типа
разряда в зависимости от
напряженности магнитного
поля
Для распыления эффективен разряд при
одновременном существовании катодного и
анодного потенциалов, поскольку он
обеспечивает равномерное распределение
плотности тока на распыляемой поверхности.
Copyright © Wondershare Software

10. Влияние магнитного поля на
существование разряда
•Магнитное поле увеличивает число
•При обычном распылении
разряд возможен при давлении
p
λ
≥
0
e
d
•Где λ длина свободного пробега
электрона при давлении Р0
0
e
•Для стационарного
режима существования
разряда характерны
следующие условия
столкновений и это эквивалентно
увеличению давления газа.
pэ = p0 × + (w э × э ) ]
[1
τ
2
1
2
•Ро – рабочее давление
•w – циклотронная частота
• τэ - время свободного
пробега
w e × e >> 1 rл,е < d < rл,i
τ
w × < λ<
τi 1 i d
i
Copyright © Wondershare Software

11. Выбор технологических параметров
I = K ×(U − U 3 )
В
разряд
2
I – ток разряда
U – рабочее напряжение
K – коэффициент
пропорциональности
Uз – потенциал зажигания
Р
Стабильный разряд существует в областях определенных значений В и р,
чем меньше р, тем при большем В осуществляется разряд
Рабочее напряжение зависит от давления газа и магнитной индукции.
В=0,01 Тл
В=0,02 Тл
Copyright © Wondershare Software

12. Вольт-амперная характеристика
I = K ×(U − U 3 )
2
I – ток разряда
U – рабочее напряжение
K – коэффициент
пропорциональности
Uз – потенциал зажигания
Copyright © Wondershare Software

13. Промышленное оборудование
Copyright © Wondershare Software