Mecanismo y características del magnetrón reactivo Sputtering

- Jun 12, 2018-


Varias películas compuestas se han utilizado cada vez más para el desarrollo de tecnología de ingeniería moderna, y las películas compuestas representan aproximadamente el 70% de todos los materiales de película. La película compuesta se puede preparar mediante varios métodos de deposición de vapor químico o deposición física de vapor. En el pasado, la mayoría de las películas compuestas se preparaban mediante el método CVD. La tecnología CVD ahora ha desarrollado nuevos procesos tales como la CVD mejorada con plasma y la CVD con compuesto orgánico metálico. Sin embargo, debido a la alta temperatura requerida por el método CVD, las fuentes de los materiales son limitadas, y algunas de ellas son tóxicas y corrosivas para contaminar el medio ambiente, lo que limita la producción de la película compuesta hasta cierto punto.

 

Si se usa el método PVD para producir la película delgada dieléctrica y la película delgada compuesta, además del método de pulverización catódica de radiofrecuencia, también se puede usar el método de pulverización reactiva. Es decir, en el proceso de recubrimiento por pulverización catódica, algunos gases reactivos activos se introducen artificialmente y reaccionan con sustancias diana pulverizadas y luego se depositan en el sustrato para obtener la película que se encuentra en diferentes sustancias diana. Por ejemplo, el óxido se obtiene por bombardeo iónico en O2, el nitruro se obtiene en N2 o NH3, el oxinitruro se obtiene en un gas mixto de O2 + N2, el carburo se obtiene en C2H2 o CH4, el siliciuro se obtiene en silano y El fluoruro se obtiene en HF o CF4, etc. En la actualidad, a partir de la demanda de producción a gran escala de películas delgadas compuestas a escala industrial, la tecnología de deposición catódica de magnetrón reactivo tiene ventajas obvias.

 

1. El mecanismo de bombardeo reactivo

 

El proceso de pulverización de reacción se muestra en la Figura 1. Los gases de reacción típicos incluyen oxígeno, nitrógeno, metano, acetileno, monóxido de carbono, etc. Durante el proceso de pulverización catódica, el proceso de reacción puede tener lugar en el sustrato o en el cátodo (después de la reacción, migra como un compuesto sobre el sustrato) dependiendo de la presión del gas de reacción. Si la presión del gas de reacción es alta, es posible reaccionar sobre el objetivo de pulverización catódica y luego migrar como un compuesto sobre el sustrato para formar una película. En circunstancias normales, la presión de la pulverización reactiva es relativamente baja, por lo que la reacción en fase gaseosa no es significativa y se realiza principalmente como una reacción en fase sólida en la superficie del sustrato. Por lo general, la alta corriente que fluye en el plasma puede promover eficazmente la descomposición, excitación e ionización de las moléculas de gas reactivas. Durante el proceso de pulverización reactiva, se genera una fuerte corriente de partículas compuestas por átomos cargados de energía libre, y fluye desde el objetivo del cátodo al sustrato los átomos diana pulverizados, superando el umbral de activación de la energía del crecimiento de difusión de película delgada en el sustrato para producir las películas compuestas.

 

blob.png


Fig. 1. Diagrama de principio del bombardeo reactivo

 

2. Las características de la pulverización reactiva

 

La pulverización catódica por magnetrón reactivo se refiere al suministro de gas de reacción para reaccionar con las partículas pulverizadas durante la pulverización catódica para formar una película delgada compuesta. Puede reaccionar con un gas reactivo mientras el objetivo compuesto es bombardeado También puede reaccionar con un gas de reacción mientras el objetivo de metal o aleación se pulveriza para producir un compuesto con una composición química predeterminada. El chisporroteo de magnetrones reactivos de películas delgadas compuestas se caracteriza por:

 

◆ Se puede obtener fácilmente una alta pureza de los materiales objetivo (objetivos de elementos únicos o objetivos de elementos múltiples) y gases reactivos utilizados para la pulverización catódica de magnetrones reactivos, y por lo tanto es ventajoso para la preparación de películas delgadas de compuestos de alta pureza.

 

En el sputtering de magnetrón reactivo, ajustando los parámetros del proceso de deposición, se puede producir la película compuesta que tiene proporciones estequiométricas o proporciones no estequiométricas, con el fin de lograr el propósito de regular las propiedades de la película ajustando la composición de la película.

 

Durante la deposición del chisporroteo del magnetrón reactivo, la temperatura del sustrato generalmente no es demasiado alta. Además, el proceso de formación de la película generalmente no requiere un calentamiento a temperatura muy alta del sustrato, por lo que hay menos restricción sobre el material del sustrato.

 

La pulverización reactiva con magnetrón es adecuada para la producción de películas delgadas uniformes de gran área, y puede lograr la producción industrial de una sola máquina con una producción anual de millones de metros cuadrados de revestimiento.