Конспект по електронике. Навчальний посібник за загальною редакцією С.І. Проценка Рекомендовано вченою радою Сумського державного університету Суми
 Скачать 2.49 Mb.
|
|
Магнетронне розпилення. Цей метод належить до методів розпилення матеріалів іонним бомбардуванням. Схема магнетронної розпилювальної системи наведена на рис. 4. Основними елементами є: плоский катод, виготовлений з напилюваного матеріалу, анод, встановлюваний по периметру катода, магнітна система, зазвичай на основі постійних магнітів, і система водоохолодження. Силові лінії магнітного поля, замикаючись між полюсами, перетинаються з лініями електричного поля. Принцип дії установки базується на гальмуванні електронів у схрещених електричних і магнітних полях. Відомо, що на заряд, який рухається в електромагнітному полі, діє сила Лоренца, напрямок якої, за правилом додавання сил, залежить від напрямку її складових. При цьому частина сили Лоренца, обумовлена дією магнітного поля, не здійснює роботи, а лише викривляє траєкторію руху частинки, змушуючи її рухатися по колу в площині, перпендикулярній до  і  . Рисунок 4 – Установка магнетронного розпилення: 1 – ізолятор; 2 – магнітопровід; 3 – система водоохолодження; 4 – корпус катодного вузла; 5 – постійний магніт; 6 – стінка вакуумної камери; 7 – силові лінії магнітного поля; 8 – кільцевий водоохолоджуваний анод; 9 – зона ерозії катода При подачі постійної напруги між мішенню (негативний потенціал) та анодом (позитивний потенціал) виникає неоднорідне електричне поле і збуджується тліючий розряд. Наявність замкненого магнітного поля, що розпилюється на поверхні мішені, дозволяє локалізувати плазму розряду безпосередньо у мішені. Електрон циркулює в електромагнітній пастці доти, поки не відбудеться кілька іонізуючих зіткнень з атомами робочого газу, в результаті яких він втратить отриману від електричного поля енергію. Таким чином, більша частина енергії електрона, перш ніж він потрапляє на анод, використовується на іонізацію і збудження, що значно збільшує ефективність процесу іонізації і призводить до зростання концентрації позитивних іонів біля поверхні мішені. Це, у свою чергу, призводить до збільшення інтенсивності іонного бомбардування мішені й значного зростання швидкості осадження покриття. Таким чином, у магнетронних пристроях при одночасній дії електричних і магнітних полів змінюється траєкторія руху електрона. Електрони, які емітовані катодом, і утворюються в результаті іонізації, під дією замкненого магнітного поля локалізуються безпосередньо над поверхнею розпорошуваного матеріалу. Вони потрапляють у пастку, утворену, з одного боку, дією магнітного поля, що змушує рухатись електрони по циклоїдальнйі траєкторії поблизу поверхні, з іншого–відштовхуванням їх електричним полем катода в напрямку до анода. Ймовірність та кількість зіткнення електронів із молекулами аргону і їх іонізація різко зростають. Через неоднорідність дії електричних і магнітних полів в прикатодній зоні інтенсивність іонізації в різних ділянках різна. Максимальне значення спостерігається в області, де лінії індукції магнітного поля перпендикулярні до вектора напруженості електричного поля, мінімальне – де їх напрямок збігається. Поверхня мішені, розташована між системами входу і виходу силових ліній магнітного поля, інтенсивно розпорошується і має вигляд замкненої доріжки, геометрія якої визначається формою полюсів магнітної системи. Локалізація плазми в прикатодному просторі дозволила отримати значно більшу густину іонного струму при менших робочих тисках і, відповідно, забезпечити високі швидкості розпилення. Магнетроні пристрої належать до низьковольтних систем іонногорозпилення. Напруга джерела живлення постійного струму не перевищує 1000–1500 В. При подачі негативного потенціалу на катод між електродами збуджується аномальний тліючий розряд в середовищі аргону. Наявність магнітної пастки забезпечує при одних і тих самих тисках газу виникнення розряду при більш низьких напругах порівняно з діодними системами. Напруга розряду становить 300 – 700 В. Магнетрон може працювати в діапазонах тиску робочого газу від 10-2 до 1 Па і вище. Тиск газу та індукція магнітного поля значно впливають на характеристики розряду. Зниження тиску обумовлює підвищення робочих напруг. У той же час для кожної магнетронної системи існує деякий інтервал значень, зазвичай 10-1 – 1 Па, в якому коливання тиску істотно не впливає на зміну параметрів розряду. Дія магнітного поля аналогічна дії газового середовища. Тому низькі робочі тиски в магнетронах забезпечують збільшення індукції магнітного поля, величина якої у поверхні катода становить 0,03 – 0,1 Тл. Підвищення питомої потужності сприяє стабілізації розряду в області низьких тисків. Переваги методу 1. Висока швидкість розпилення при низьких робочих напругах (600–800 В) та при невеликих тисках робочого газу (5  –10 Па).2. Відсутність перегріву підкладки. 3. Малий ступінь забруднення плівок. 4. Можливість одержання рівномірних за товщиною плівок на більшій площі підкладок. Список літератури 1. Готра З. Ю. Технологія електронної техніки / З. Ю. Готра. – Львів : Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2010. – Т. 1. – 888 с. 2. Готра З. Ю. Технологія електронної техніки / З. Ю. Готра. – Львів : Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2010. – Т. 2. – 884 с. 3. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. Ч. 1. Елементи мікроелектроніки / М. М. Прищепа, В. П. Погребняк. – Київ : Вища школа, 2004. – 432 с. |