El concepto, las ventajas y desventajas del magnetrón equilibrado Sputtering

- Jun 27, 2018-


El sputtering equilibrado de magnetrón es una especie de bombardeo de magnetrón convencional. Un imán permanente o una bobina magnética que tiene un cierto campo magnético igual o cerca del campo magnético del núcleo se coloca detrás del objetivo del cátodo, y se forma un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico en la superficie del objetivo. La cámara de deposición se llena con una cierta cantidad de gas de trabajo, y generalmente es Ar. El átomo Ar se ioniza en iones Ar + y electrones a alta presión para generar una descarga luminiscente. El ion Ar + bombardea al objetivo después de ser acelerado por el campo eléctrico y luego bombardea los átomos, iones e iones, electrones secundarios, etc.

 

Bajo la acción de campos electromagnéticos mutuamente perpendiculares, los electrones se mueven en forma de cicloides y quedan atrapados en la superficie del objetivo para prolongar su trayectoria en el plasma, y aumentan su participación en colisiones e ionización de moléculas de gas e ionizan más iones aumentar la tasa de ionización del gas. La descarga se puede mantener a una presión de gas más baja. Por lo tanto, el chisporroteo del magnetrón no solo reduce la presión del gas durante el proceso de bombardeo iónico, sino que también mejora la eficiencia del bombardeo iónico y la tasa de deposición.

 

Sin embargo, el sputtering de magnetrón balanceado también tiene desventajas. Por ejemplo, debido al campo magnético, los electrones generados por la descarga luminiscente y los electrones secundarios bombardeados están estrechamente confinados cerca de la superficie objetivo por el campo magnético paralelo, y la región plasmática está fuertemente confinada en el área de aproximadamente 60 mm en el superficie objetivo, la concentración plasmática disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia desde la superficie objetivo. En este momento, la pieza de trabajo solo se puede colocar dentro de un rango de 50 a 100 mm de objetivos para mejorar el efecto del bombardeo de iones. Un área de revestimiento tan corta y efectiva limita las dimensiones geométricas de la pieza de trabajo que se va a revestir, por lo que no es adecuada para grandes piezas de trabajo o carga de lotes, lo que limita la aplicación de la tecnología de pulverización catódica con magnetrón. En el caso del bombardeo iónico de magnetrón balanceado, la energía de las partículas objetivo expulsadas es baja, y la fuerza de unión de la base de la película es pobre. Los átomos de deposición de baja energía tienen una baja movilidad en la superficie del sustrato y generan fácilmente una película con una estructura columnar porosa y rugosa. El aumento de la temperatura de la pieza de trabajo puede ciertamente mejorar la estructura y el rendimiento de la película, pero en muchos casos, el propio material de la pieza de trabajo no puede soportar las altas temperaturas requeridas.

 

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Fig. 1 (a) Proyección magnética de magnetrón equilibrado (b) Proyección de magnetrón desequilibrada

 

La aparición de pulverización catódica de magnetrón desequilibrado supera parcialmente los inconvenientes anteriores introduciendo el plasma en la superficie objetivo del cátodo en el intervalo de 200-300 mm delante del objetivo de pulverización catódica, de modo que el sustrato se sumerge en el plasma, como se muestra en la fig. 1. De esta forma, por un lado, los átomos y partículas bombardeados se depositan sobre la superficie del sustrato para formar una película delgada. Por otro lado, el plasma bombardea el sustrato con cierta energía, que actúa como una deposición asistida por haz de iones y mejora en gran medida la calidad de la película.