Автор: v*********************@mail.ru, 28 Ноября 2011 в 02:45, реферат
Дія магнетронного розпилювача основана на розпилюванні матеріалу мішені-катода при його бомбардуванні іонами робочого газу, що утворюються в плазмі аномально тліючого розряду. Виникаюча при цьому вторинна емісія підтримує розряд і зумовлює розпилення матеріалу мішені-катода. Магнетрона розпилювальна система (МРС) є однією з різновидів схем діодного розпилення.
Магнетронні розпилювальні системи.
Магнетронне розпилення - Методи отримання тонких плівок.
Принцип магнетронного розпилення
Вивчення впливу технологічних параметрів ВЧ магнетронного розпилення на фізичні властивості тонких плівок Sn-O-In.
Висновок.
Список використаної літератури.
Мiнiстерство освiти і науки, молоді та спорту
Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра
Електронні Прилади
Реферат
з дисципліни «Технологія електронної техніки»
на тему:
«Високочастотне
магнетронне розпилення»
Львів 2011
Зміст
1. Магнетронні розпилювальні системи.
Дія
магнетронного розпилювача
Основні елементи МРС: катод, анод і магнітна система, призначені для локалізації плазми у поверхні мішені - катода.
Найбільш широко застосовують планарні магнетрони. Мішень - катод з розпилюваного матеріалу охолоджується проточною водою, яка поступає по трубопроводу. На катод подається постійна напруга (300 ... 800 В) через клему від джерела живлення; під катодом розташована магнітна система, що складається з центрального і периферійних постійних магнітів, розташованих на підставці з магнітомягкого матеріалу. Всі елементи змонтовані на корпусі, який приєднананий до вакуумної камери ізолюючими вакуумно-щільними прокладками.
Основні переваги магнетронного способу розпилення - висока швидкість нанесення плівки і точність відтворення складу розпиляного матеріалу. Магнетронне розпилення дозволяє отримувати покриття практично з будь-яких металів, сплавів і напівпровідникових матеріалів без порушення стехіометричного складу. У залежності від складу робочої атмосфери (часток кисню, азоту, діоксиду вуглецю, сірчистих газоподібних сполук) можна отримувати плівки оксидів, нітритів, карбідів, сульфітів різних матеріалів, в тому числі і таких, які неможливо отримати методом термічного випаровування.
Швидкість конденсації при магнетронному розпиленні залежить від сили струму розряду або потужності і від тиску робочого газу, що визначає жорсткі вимоги до джерел живлення. Для забезпечення відтворюваності і стабільності процесу силу струму розряду необхідно підтримувати з точністю ± 2%, якщо ж стабілізація процесу здійснюється за потужністю розряду, то потужність, що підводиться слід підтримувати з точністю ± 20 Вт в діапазоні регулювання від 0 до 10 кВт. В якості робочого середовища при магнетронному розпиленні використовують суміш інертного і реакційних газів. Підбором парціальних тисків компонентів газової суміші при постійному загальному тиску, що підтримується з точністю ± 5%, можна в широких межах змінювати оптичні і електричні характеристики покриття. Це, в свою чергу вимагає оснащення вакуумних установок насосами, що забезпечують постійну швидкість відкачування в робочому діапазоні тисків. Склад одержуваних сполук (оксидів, карбідів, нітритів) залежить від чистоти застосовуваних газів і розпилюваних матеріалів, тому потрібні складні системи відкачування газів і високочисті матеріали для розпилення.
Метод магнетронного розпилення з постійною силою струму не дозволяє отримувати плівки оксидів при високій швидкості розпилення із-за різкого окислення катода-мішені. У цих випадках доцільніше застосовувати високочастотне магнетронне розпилення, що реалізує можливість розпилювання діелектричних матеріалів у магнітному полі без зміни стехіометричного складу при збільшеній швидкості випаровування.
Не дивлячись на деякі переваги безпосереднього розпилення діелектриків ВЧ - магнетроном, цей спосіб відрізняється незначною швидкістю конденсації і, внаслідок цього, низькою продуктивністю. Є певні труднощі в узгодженні джерела живлення магнетрона з навантаженням при роботі на високих частотах; крім того, джерело живлення повинне бути забезпечене системою гасіння дугового розряду, що є причиною нестабільності робочих параметрів магнетронній розпилювальної системи.
За принципом роботи вакуумні установки з іонно-плазмовими джерелами розпилення можна розділити на установки періодичної та безперервної дії.
В установках періодичної дії розпилювальні пристрої розташовують по осі циліндричної камери, або за її твірною, в першому випадку використовують циліндричні розпилювальні пристрої, у другому планарні. Підкладки транспортуються через зону плазми. Установки періодичної дії застосовують для нанесення покриттів на полімерну плівку або папір. Для зниження температури підкладки при магнетронного розпилення слід: необхідно покращувати тепловий контакт підкладки з охолоджуваних барабаном; виготовляти барабан з матеріалу з високою теплопровідністю або збільшувати теплопровідність газової прошарку між барабаном і плівкою; охолоджувати барабан до температури 243 ... 253К; розширювати зону нанесення покриття і збільшувати діаметр барабана. Підвищена швидкість газовиділення підкладки, а також імовірність взаємодії іонізованих газів з осаждаванним металом обумовлюють використання конденсаційних вакуумних пасток.
Для нанесення покриттів складного складу або багатошарових покриттів на плоскі підкладки перспективні установки безперервної дії. Зазвичай установки безперервної дії складаються з ряду плоских прямокутних камер, розділених шлюзами і затворами. Найбільш поширені установки з розпиленням зверху вниз, а також установки з вертикальним переміщенням підкладок і бічним розміщенням розпилювальних пристроїв. У таблиці наведено швидкості осадження різних сплавів і сполук при використанні планарного магнетрона потужністю 5 кВт.
Таблиця 1
|
Магнетронне розпилення дозволяє істотно розширити клас матеріалів, одержуваних в вигляді плівок, однак цей метод дорогий, вимагає використання складного обладнання та високої культури виробництва.
2. Магнетронне розпилення - Методи отримання тонких плівок.
Цей спосіб з'явився в результаті поліпшення вакуумних систем діодним розпилення. Його особливістю є наявність в прикатодній області нормальних один одного кільцеподібної, електричного і магнітного полів. Таке змішане електромагнітне поле для емітованих катодом електронів є пасткою: під дією електричного поля вони направляються до анода, а магнітне поле повертає їх до катода. У результаті електрони просуваються уздовж катода по складній циклоїдальній траєкторії. Втративши енергію на іонізацію аргону, електрони починають рухатися до аноду дифузійно. У результаті збільшення шляху електроннів в області темного катодного простору, число іонізації атомів аргону зростає, тому газовий розряд може існувати при незначному тиску. Це дозволяє отримати плівки, менш забруднені залишковими газами. Завдяки збільшенню концентрації іонів аргону біля катода, інтенсивність бомбардувань зростає, збільшується швидкість розпилення катода і росту плівки і зростає адгезія плівок до основ.
Прагнення забезпечити високу продуктивність і якість плівок призвели до створення різних варіантів магнетронних систем розпилення:
Блок з постійними магнітами розташований під катодом. Основи - над анодом. При подачі постійної напруги між катодом-мішенню і анодом (позитивний або нульовий потенціал) виникає електричне поле з складової, перпендикулярно до площини катода. Таким чином біля катода створюється схрещенне електромагнітне поле. Магнітна пастка забезпечує відсутність бомбардування основи вторинними електронними високою енергій. Основною причиною нагріву основи є передача енергії частинками матеріалу який осідає, тому температура основи не перевищує 100 ... 200 О С.
Основні параметри процесу одержання плівок магнетронним розпиленням:
Магнітне поле знижує напруга при якій виникає розряд. Робоча напруга становить 300 ... 700 В, тиск у камері 0,1 ... 0,5 Па, струм розряду близько 200 мА/см2, індукція 0,02 ... 0,05 Т. Швидкості росту плівок досягає десятки нанометрів в секунду на відміну від 0,5 нм / с при звичайному розпиленні.
Основним недоліком розглянутої системи з плоским катодом і кільцевим анодом є нерівномірність електричного і магнітного полів і відповідно щільності розрядної струму, що призводить до низького коефіцієнта використання матеріалу мішені, близько 25%. Розпилюється тільки вузька кільцеподібна область поверхні мішені.
Магнетронне розпилення широко використовується в промисловому виробництві для отримання як одно, та і багатошарових систем металізації, резистивних, ізолюючих, захисних шарів. Для отримання діелектричних плівок використовуються високочастотні системи магнетронний розпилення.
3. Принцип магнетронного
Рисунок 1. Важкий іон аргону (велика кулька) розганяється в електричному полі і вибиває атом матеріалу (маленька кулька), який висаджується на поверхні підкладки, утворюючи на її поверхні плівку.
Частки які залишають поверхню матеріалу осідають у вигляді плівки на підкладці, а також частково розсіюються на молекулах залишкових газів або осідають на стінках робочої вакуумної камери.
При зіткненні іонів з поверхнею мішені відбувається передача моменту імпульсу матеріалу. Падаючий іон викликає каскад зіткнень в матеріалі. Після багаторазових зіткнень імпульс доходить до атома, розташованого на поверхні матеріалу, і який відривається від мішені і висаджується на поверхні підкладки. Середнє число вибитих атомів на один падаючий іон аргону називають ефективність процесу і залежить від кута падіння, енергії і маси іона, маси матеріалу, який випаровується та енергії зв'язку атома в матеріалі. У разі випаровування кристалічного матеріалу ефективність також залежить від розташування кристалічної решітки.
Для ефективної іонізації аргону, розпилюваний матеріал (мішень) розміщують на магніті. У результаті емісійні електрони, що обертаються навколо магнітних силових ліній локалізуються в просторі і багаторазово зіштовхуються з атомами аргону, перетворюючи їх на іони.