Magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģijair svarīga tehnika, ko plaši izmanto materiāla virsmas modificēšanai un plānās kārtiņas nogulsnēšanai. Magnetronu izsmidzināšanas mērķu kvalitāte un veiktspēja kā šīs tehnoloģijas galvenā sastāvdaļa tieši nosaka sagatavoto plāno kārtiņu kvalitāti un īpašības. Šis raksts sniegs visaptverošu un padziļinātu ievadu par magnetronu izsmidzināšanas mērķiem.
Prasības magnetronu izsmidzināšanas mērķiem ir augstākas nekā tradicionālajā materiālu rūpniecībā, parasti ietver izmēru, plakanumu, tīrību, piemaisījumu saturu, blīvumu, N/O/C/S attiecību, graudu izmēru un defektu kontroli; Augstas vai īpašas prasības: virsmas raupjums, pretestības vērtība, graudu izmēra viendabīgums, sastāva un struktūras viendabīgums, svešķermeņu (oksīdu) saturs un izmērs, magnētiskā caurlaidība, īpaši augsts blīvums un īpaši smalki graudi utt.
Magnetrona izsmidzināšanas mērķis attiecas uz materiālu, ko magnetrona izsmidzināšanas procesā augstas enerģijas daļiņas izsmidzina ar atomiem vai molekulām un pēc tam tiek nogulsnēts uz substrāta, veidojot plānu plēvi. Tas parasti sastāv no vielām ar noteiktu ķīmisko sastāvu un kristāliskām struktūrām, piemēram, metāliem, sakausējumiem, savienojumiem utt.
Magnetronu izsmidzināšanas princips
Elektriskā lauka E iedarbībā elektroni lidojuma laikā pret substrātu saduras ar argona atomiem, jonizējot un veidojot Ar pozitīvos jonus un jaunus elektronus; Jauni elektroni lido uz substrāta pusi, un Ar joni elektriskā lauka iedarbībā paātrina katoda mērķi, bombardējot mērķa virsmu ar lielu enerģiju, izraisot mērķa materiāla izsmidzināšanu.
Izsmidzinātās daļiņās neitrāli mērķa atomi vai molekulas nogulsnējas uz substrāta, veidojot plānu plēvi, un radītie sekundārie elektroni tiek pakļauti elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, kā rezultātā rodas virziena novirze E (elektriskais lauks) × B (magnētiskais lauks), saīsināti kā E × B drift, kura kustības trajektorija tuvina cikloīdu. Ja tas ir apļveida magnētiskais lauks, elektroni pārvietosies apļveida kustībā pa mērķa virsmu aptuvenā cikloīda formā. Viņu kustības ceļš ir ne tikai garš, bet arī ierobežots plazmas reģionā netālu no mērķa virsmas, un šajā reģionā tiek jonizēts liels daudzums Ar, lai bombardētu mērķa materiālu, tādējādi panākot augstu nogulsnēšanās ātrumu.
Palielinoties sadursmju skaitam, sekundāro elektronu enerģija tiek izsmelta, pakāpeniski attālinoties no mērķa virsmas un galu galā nogulsnējot uz substrāta elektriskā lauka E iedarbībā. Elektrona zemās enerģijas dēļ pārnestā enerģija līdz pamatnei ir ļoti mazs, kā rezultātā substrāta temperatūra pazeminās.
Magnetronu izsmidzināšana ir sadursmes process starp krītošām daļiņām un mērķi. Iekrītošā daļiņa tiek pakļauta sarežģītam izkliedes procesam mērķī, saduras ar mērķa atomu un pārnes noteiktu impulsu mērķa atomam. Pēc tam šis mērķa atoms saduras ar citiem mērķa atomiem, veidojot kaskādes procesu. Šajā kaskādes procesā daži mērķa atomi virsmas tuvumā iegūst pietiekamu impulsu, lai pārvietotos uz āru, un tiek izsmidzināti no mērķa.
Magnetronu izsmidzināšana parasti ir sadalīta divos veidos: līdzstrāvas izsmidzināšana un radiofrekvences izsmidzināšana. Starp tiem līdzstrāvas izsmidzināšanas iekārtām ir vienkāršs princips un ātrs metālu izsmidzināšanas ātrums. Radiofrekvenču izsmidzināšanas pielietojuma diapazons ir plašāks. Papildus vadošu materiālu izsmidzināšanai var izsmidzināt arī nevadošus materiālus. Tajā pašā laikā reaktīvo izsmidzināšanu izmanto arī tādu savienojumu materiālu kā oksīdu, nitrīdu un karbīdu sagatavošanai. Ja radiofrekvences frekvence tiek palielināta, tā kļūst par mikroviļņu plazmas izsmidzināšanu, ko parasti sauc par elektronu ciklotronu rezonanses (ECR) mikroviļņu plazmas izsmidzināšanu.
Magnetronu izsmidzināšanas mērķa materiālu klasifikācija
Metal sputtering coating target, alloy sputtering coating target, ceramic sputtering coating target, boride ceramic sputtering target, carbide ceramic sputtering target, fluoride ceramic sputtering target, nitride ceramic sputtering target, oxide ceramic target, selenide ceramic sputtering target, silicide ceramic sputtering target, sulfide keramikas izsmidzināšanas mērķis, telurīda keramikas izsmidzināšanas mērķis, citi keramikas mērķi, ar hromu leģēts silīcija oksīda keramikas mērķis (Cr SiO), indija fosfīda mērķis (InP), svina arsenīda mērķis (PbAs), indija arsenīda mērķis (InAs).
Metāla mērķa materiāliem ir laba vadītspēja un siltumvadītspēja, un tos var izmantot augstas tīrības pakāpes un viendabīgu metāla plānu plēvju sagatavošanai, ko plaši izmanto tādās jomās kā elektronika un pusvadītāji. Piemēram, integrālo shēmu ražošanā vara mērķus izmanto vadošu līniju sagatavošanai, uzlabojot ķēžu veiktspēju un integrāciju.
Sakausējuma mērķa materiāli apvieno vairāku metālu īpašības un var pielāgot sastāva attiecību atbilstoši dažādām vajadzībām, lai iegūtu plānas kārtiņas ar īpašām īpašībām. Piemēram, niķeļa hroma sakausējuma mērķa materiālus parasti izmanto, lai sagatavotu pretestības plānas kārtiņas, kas atbilst precīzām elektronisko komponentu prasībām attiecībā uz pretestības vērtībām.
Keramikas mērķmateriāliem ir svarīgi pielietojumi optiskajos pārklājumos, aizsargpārklājumos un citās jomās, pateicoties to lieliskajai izolācijai, nodilumizturībai un optiskajām īpašībām. Piemēram, titāna oksīda keramikas mērķus var izmantot, lai sagatavotu plānas kārtiņas ar pretatstarošanas un pašattīrīšanās funkcijām.
1. Metāla mērķa materiāli: tostarp tīra metāla mērķa materiāli (piemēram, varš, alumīnijs, niķelis utt.) un sakausējuma mērķa materiāli (piemēram, nerūsējošais tērauds, alumīnija sakausējums utt.).
2. Salikti mērķa materiāli: piemēram, oksīda mērķa materiāli (piemēram, silīcija dioksīds, alumīnija oksīds utt.), nitrīda mērķmateriāli (piemēram, silīcija nitrīds, alumīnija nitrīds utt.), karbīda mērķmateriāli (piemēram, silīcija karbīds, volframa karbīds utt.) utt.
3. Pusvadītāju mērķa materiāli: piemēram, silīcija mērķa materiāli, germānija mērķa materiāli utt.
Klasificēts pēc mērķa materiāla struktūras:
1. Plakans mērķa materiāls: tam ir vienkārša plakana struktūra, un to parasti izmanto parastajās magnetronu izsmidzināšanas iekārtās.
2. Rotējošais mērķa materiāls: tas var sasniegt nepārtrauktu rotāciju, uzlabot mērķa materiāla izmantošanas ātrumu un nogulsnētās plēves viendabīgumu.
Veiktspējas prasības magnetronu izsmidzināšanas mērķiem:
1. Tīrība: augstas tīrības pakāpes mērķa materiāli var nodrošināt nogulsnēto plānu kārtiņu tīrību un veiktspēju. Parasti mērķa materiāla tīrībai ir jābūt virs 99,9%.
2. Blīvums: augsta blīvuma mērķa materiāli var samazināt daļiņu piesārņojumu izsmidzināšanas laikā un uzlabot plānu kārtiņu kvalitāti un viendabīgumu.
3. Ķīmiskā sastāva viendabīgums: mērķa materiāla ķīmiskajam sastāvam jābūt vienmērīgi sadalītam, lai nodrošinātu nogulsnētās plēves stabilitāti.
4. Kristāla struktūra: piemērota kristāla struktūra palīdz uzlabot mērķa materiāla izsmidzināšanas efektivitāti un plānās plēves veiktspēju.
5. Izmēra un formas precizitāte: mērķa materiāla izmēram un formai jāatbilst aprīkojuma prasībām, lai nodrošinātu labu uzstādīšanu un izsmidzināšanas efektu.
6. Termiskā stabilitāte: izsmidzināšanas procesā mērķa materiāls tiek pakļauts augstām temperatūrām un augstas enerģijas daļiņām, tāpēc tam ir jābūt labai termiskai stabilitātei.
7. Izturība pret koroziju: mērķa materiālam jābūt ar noteiktu izturību pret koroziju, lai pagarinātu tā kalpošanas laiku.
Nogulsnēšanās ātrums vai plēves veidošanās ātrums ir svarīgs parametrs magnetronu izsmidzināšanas iekārtu efektivitātes mērīšanai.
Ir daudzi faktori, kas ietekmē sedimentācijas ātrumu, tostarp darba gāzes veids, darba gāzes spiediens, izsmidzināšanas mērķa temperatūra un magnētiskā lauka stiprums. Bet šodien mēs runāsim par trim svarīgiem faktoriem, kas ietekmē magnetronu izsmidzināšanas mērķa pārklājumu nogulsnēšanās ātrumu: izsmidzināšanas spriegumu, strāvu un jaudu.
Izsmidzināšanas spriegums (V)
Izsmidzināšanas sprieguma ietekme uz plēves veidošanās ātrumu notiek pēc shēmas: jo augstāks spriegums, jo lielāks ir izsmidzināšanas ātrums, un šis efekts ir maigs un pakāpenisks enerģijas diapazonā, kas nepieciešams izsmidzināšanai. Starp faktoriem, kas ietekmē izsmidzināšanas koeficientu, izlādes spriegums patiešām ir svarīgs pēc mērķa materiāla izsmidzināšanas un gāzes izsmidzināšanas. Vispārīgi runājot, parastā magnetrona izsmidzināšanas procesā, jo augstāks ir izlādes spriegums, jo lielāks ir izsmidzināšanas koeficients, kas nozīmē, ka krītošajiem joniem ir lielāka enerģija. Tāpēc atomi cietos mērķa materiālos ir vieglāk izsmidzināmi un nogulsnēti uz pamatnes, veidojot plānu plēvi.
Izsmidzināšanas strāva (I)
Magnetrona mērķa izsmidzināšanas strāva ir tieši proporcionāla jonu strāvai uz izsmidzināšanas mērķa materiāla virsmas, un tāpēc tas ir svarīgs faktors, kas ietekmē izsmidzināšanas ātrumu. Magnetronu izsmidzināšanai ir universāls noteikums, ka nogulsnēšanās ātrums ir ātrākais pie optimālā spiediena (atkarībā no dažādiem izsmidzināšanas mērķiem un izsmidzināšanas projektiem). Tāpēc ir lietderīgi apsvērt optimālo gāzes spiediena vērtību no izsmidzināšanas iznākuma viedokļa, neietekmējot plēves kvalitāti un atbilstot klientu prasībām. Ir divas metodes, kā mainīt izsmidzināšanas strāvu: mainot darba spriegumu vai mainot darba gāzes spiedienu.
Izsmidzināšanas jauda (P)
Izsmidzināšanas jaudas ietekme uz nogulsnēšanās ātrumu ir līdzīga izputināšanas spriegumam. Vispārīgi runājot, magnetronu mērķu izsmidzināšanas jaudas palielināšana var uzlabot plēves veidošanās ātrumu. Tomēr tas nav universāls noteikums. Zema izsmidzināšanas sprieguma (piemēram, aptuveni 200 voltu) un magnetrona mērķu lielas izsmidzināšanas strāvas gadījumā, lai gan vidējā izsmidzināšanas jauda nav zema, jonus nevar izsmidzināt vai nogulsnēt. Priekšnoteikums ir tāds, ka magnetrona mērķa materiālam pielietotais izsmidzināšanas spriegums ir pietiekami augsts, lai nodrošinātu, ka darba gāzes jonu enerģija elektriskajā laukā starp katodu un anodu ir pietiekami lielāka par mērķa materiāla "izputināšanas enerģijas slieksni".
Augstas kvalitātes magnetronu izsmidzināšanas mērķiem ir nepieciešama augsta tīrība, augsts blīvums, vienmērīga mikrostruktūra un laba termiskā stabilitāte. Sagatavošanas procesā ir ļoti svarīgi stingri kontrolēt izejvielu tīrību, apstrādes metodes un kvalitātes pārbaudi. Uzlabotas ražošanas tehnoloģijas, piemēram,pulvermetalurģijaunvakuumkausēšanavar efektīvi uzlabot mērķa materiālu veiktspēju.
