旋转圆柱靶磁控溅射阴极的磁场模拟及结构设计

基于旋转圆柱靶磁控溅射阴极的工作原理,建立其结构模型,并应用ANSYS有限元方法对旋转靶阴极磁场进行了模拟计算,得到了磁场分量Bx在靶材表面上的二维磁场分布规律。通过调节磁铁的宽和高、磁铁间夹角以及设置可移动磁性挡板等方法优化磁场并设计了一种新型磁场结构旋转靶。本研究为旋转靶磁控溅射阴极的磁场结构设计提供了理论依据。     

圆柱旋转双面矩形磁控溅射靶磁场的设计计算

本文提出一种新型的圆柱旋转双面矩形磁控溅射靶,它具有平面磁控溅射靶的优点.根据靶的结构与工作原理,给出了圆柱双面矩形磁控靶磁场强度计算数学模型及计算公式.依据该计算方法,对具体的靶进行了计算机编程计算,并根据计算结果绘制出了靶磁场分布曲线.计算结果表明圆柱双面矩形磁控靶的磁场分布比较均匀,磁场强度满足磁控溅射功能的需要,其靶的溅射刻蚀区可宽达40°角的范围.从而提高了膜层的沉积速率及膜层沉积范围,改善了同轴圆柱形磁控靶由于环状磁场所引起的膜层不够均匀及靶材利用率低的问题,可以在靶磁场两侧的大面积平面基片上沉积出膜厚均匀的涂层.     

直流磁控溅射中磁场强度和阴极电压对圆平面靶刻蚀形貌的影响

本文借助Comsol和Matlab软件模拟了直流磁控溅射圆平面靶系统的磁场分布和荷电粒子分布,对不同磁场强度和阴极电压条件下的荷电粒子分布进行了模拟分析,通过比较靶面离子流密度分布曲线发现:当磁场强度增强时,靶面离子流密度分布曲线会变得更加陡窄;当阴极电压变化时,靶面离子流密度分布曲线几乎没有变化.说明靶材的刻蚀形貌会随磁场强度增强而变窄,而阴极电压变化对靶材的刻蚀形貌没有影响.上述结论对直流磁控溅射工艺参数优化具有一定的理论指导意义.     

旋转圆柱靶溅射沉积产额分布

采用数值计算模型,计算了旋转圆柱靶溅射产额分布。数值计算中假设从靶溅射出来的粒子服从余弦函数定律。计算得到的单靶溅射产额分布和Al靶在Ar气压0.4Pa测量得到的实验值基本相同。同时计算了孪生旋转圆柱靶的溅射产额分别与靶基距、靶间距,以及靶旋转角度的相关性。     

真空镀膜技术的最新进展

本文介绍了旋转磁控溅射和电弧离子镀技术的最新进展。论述了旋转圆柱磁控溅射靶Ｃ－Ｍａｇ孪生磁控溅射靶Ｔｗｉｎ－Ｍａｇ和旋转磁控柱状弧源的特性及其应用。本文还对Ｌｏｗ－Ｅ膜和ＩＴＯ膜的制备工艺和设备进行了分析研究,并指出今后发展方向。     

电磁阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响

本文设计了一种新型圆形平面阴极磁控溅射源.该源具有独特的三极线圈结构,改变各线圈励磁电流可调节靶面磁场强度的大小和分布.通过对系统气体放电伏安特性随各线圈励磁电流大小变化规律的分析,以及对距靶面60mm基片台处等离子体束流密度大小和分布的测试,探讨了阴极磁场分布对磁控溅射系统伏安特性的影响.实验结果表明阴极磁场分布模式对气体放电稳定性和等离子体分布影响显著,当阴极磁场呈现收敛型分布时,二次电子被紧密束缚在靶面附近,降低了基片台附近等离子体束流密度,却增大等离子体束流径向分布均匀性.调节非平衡线圈励磁电流,在附加磁场的作用下,阴极磁场呈现发散型分布,二次电子被引向基片台附近,使得基片台附近等离子体束流密度显著增加但径向均匀性变差.     

矩形平面磁控溅射阴极的磁场模拟及结构设计

文章模拟分析了结构参数对磁控溅射阴极磁场分布的影响,设计了一种新型的矩形平面磁控溅射阴极,并对设计的阴极磁场进行模拟分析,结果表明有效提高了靶材表面磁场分布的均匀性.采用在阳极框内侧安装高磁导率的导磁板的方法,改变了阴极体和阳极框之间缝隙的磁场分布,解决了缝隙处的连续放电现象.本研究为磁控溅射阴极的设计提供了依据.     

磁控溅射靶磁场的有限元模拟分析

磁控溅射靶面磁感应强度的水平分布直接关系到靶材的利用率和刻蚀的均匀性,为了寻求更好的磁控靶结构参数,从而实现靶面水平磁感应强度的均匀分布,本文应用COMSOL软件对JGP450C型磁控溅射镀膜机的圆平面靶表面磁感应强度进行了模拟分析计算,得到了靶面水平磁感应强度较强、分布较均匀的磁铁结构参数。     

多弧离子镀膜机靶源电磁场的研究

多弧离子镀设备蒸发源的电弧放电受外加磁场的严格控制，靶面处不同的磁场分布 具有不同的电弧放电形貌，这样，靶面处磁场强度的计算显得特别重要。本文基于多年 科研实践和研究生论文试验对电磁线圈在靶面各处产生的磁场强度的计算进行了理论推 导和研究，建立了数学模型，并进行了比较精确的磁场计算。计算值与实测值较好地相 吻合。该计算可作为多弧靶设计的依据。     

新型双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统的磁场模拟计算

本文用ANSYS软件对新型的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中的磁场分布进行了模拟计算,并结合等离子体传输和电弧源弧斑运行稳定性进行了分析。在建立的数学模型基础上,分别研究了磁过滤弯管磁场空间分布对拟定的不同出射方向上的111个碳离子束的传输行为影响,和外加永久磁体对电弧源附近磁场空间分布的影响。结果表明,在优化的磁过滤弯管磁场空间分布情况下,111个碳离子束流可全部通过磁过滤弯管,并高效传输到基材表面。当电弧靶源后部的外加永久磁体磁化方向与弯管上的磁化方向相反,且磁矫顽力大于600 kA/m时,阴极靶弧源附近的磁力线空间分布更利于控制阴极弧斑长时间运行稳定性,这对延长弧斑寿命、提高等离子体的沉积效率、提高靶材表面刻蚀均匀性和获得高性能的ta-C薄膜生长具有重要理论意义。     

磁控溅射膜厚均匀性与靶-基距关系的研究

从理论上分析了平面磁控溅射靶沉积薄膜的厚度均匀性.根据磁控溅射阴极靶刻蚀的实际测量数据,建立了靶的刻蚀速率方程,以此为依据,对膜厚均匀性的有关公式进行了讨论.采用计算机计算了基片处于不同靶-基距时,膜厚均匀性的分布.研究结果表明,随着靶基距的增加,膜厚均匀性逐渐变好.在同样的靶基距下,沿靶长度方向的均匀性明显优于宽度方向.最后,通过实验证实了上述结论.     

用交流孪生靶磁控反应溅射法制备ITO薄膜

采用氧化铟锡(ITO)陶瓷靶(质量分数为90%的In2O3与10%的SnO2)作为溅射源,通过交流孪生靶反应磁控溅射制备出了性能优良的ITO薄膜,其光谱透射率大于85%。结合对所镀制ITO薄膜的表面形貌及化学成分分析,研究了反应气体流量、退火等工艺参数对ITO薄膜光学和电学性能的影响。     

磁控溅射设备中铜靶刻蚀形貌的仿真计算研究

提出了一种铜靶刻蚀形貌模拟方法,基于靶材溅射率与靶材表面磁场水平分量成正比的假设,以美国应用材料公司的小行星PVD磁控溅射装置为算例,实现了复杂运动轨迹铜靶刻蚀形貌的模拟,仿真计算结果与实际设备中铜靶刻蚀形貌有较好的一致性,为通过磁场分布研究靶材刻蚀形貌提供了一种理论方法。     

高效率平面磁控溅射器的研制

介绍一种新型磁控溅射装置。它采用两块极性相对的环状磁铁的设计方法，通过扩大靶表面的等离子放电区域面积，使传统磁控溅射枪使用中经常受到的两个限制－溅射速率与靶的利用率得到了较大的改善。实验中铜靶在溅射功率密度为１１Ｗ／ｃｍ＾３时溅射速率约为８００ｎｍ／ｍｉｎ，如何继续提高功率则可获得更高的速率。而靶的利用率可达６４％左右。另外，在认为出射粒子符合ｃｏｓθ分布的前提下，发现当α＝３．３时，实验数据和理     

高效率平面磁控溅射器的研制

介绍一种新型磁控溅射装置。它采用两块极性相对的环状磁铁的设计方法，通过扩大靶表面的等离子放电区域面积，使传统磁控溅射枪使用中经常受到的两个限制──溅射速率与靶的利用率得到了较大的改善。实验中铜靶在溅射功率密度为11W／cm~2时溅射速率约为800nm／min，如果继续提高功率则可获得更高的速率。而靶的利用率可达64％左右。另外，在认为出射粒子符合cos~nθ分布的前提下，发现当n＝3．3时，实验数据和理论数据符合得较好。     

外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响

通过在基片上直接放置一块永久磁铁来研究外加磁场对磁控溅射靶利用率的影响。实验发现，外加磁场的引入改变了靶表面附近的磁场分布，因而靶的刻蚀环的位置、宽度和深度均发生了明显的变化，靶的利用率在S—S构型和S—N构型中均比无外加磁场时要高。利用空间模拟磁场成功的解释这一实验现象。在S—S构型和S—N构型中，后靶的刻蚀深度轮廓线比较平坦，相对刻蚀深度值更大，更能有效地提高靶的利用率。     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2016年第6期第80页)图70给出了在非平衡四靶闭合磁场结构和四靶镜像磁场结构中,磁控溅射系统的磁场分布情况。比较这两种结构的磁场分布情况,可以看出两者在靶面附近的磁场差别不大,在内外磁极之间以横向磁场为主,通过对电子的紧约束,形成一个电离度很高的等离子体阴极区。区内的正离子对靶面的强烈溅射刻蚀构成了靶材中性粒     

磁控溅射中电磁场分布二维模拟

本文采用计算机FORTRAN语言自主编程,通过建立通电线圈磁场的数学模型,对磁控溅射靶附近由通电线圈产生的磁场分布进行了二维数值模拟计算。计算表明当内、外线圈加反向电流,增加内或外线圈电流,可使通电线圈产生的磁场非平衡度增加,其增加强度由电流增加强度所决定。随着内或外线圈电流增加,真空腔内磁场强度分布更均匀。通过调节内、外电线圈电流,控制磁场分布,从而控制其对等离子体密度及能量分布,可使等离子体因磁场的均匀分布而在真空腔内分布均匀化。另外,这种外加的电磁场还会使磁控装置本体磁场增强,因此对磁控溅射产生的等离子体有增强作用。此结果为磁控溅射装置上磁场配置提供重要参考依据。     

圆平面磁控溅射靶磁场的ANSYS模拟分析

磁控溅射靶面磁感应强度的水平分布直接关系到靶材的利用率和刻蚀的均匀性.为了寻求更好的磁控靶结构参数,从而实现靶而水平磁感应强度的均匀分布,作者应用ANSYS软件对SD500型磁控溅射镀膜机的圆平面靶表面磁感应强度进行模拟,应用SHT-V型特斯拉计通过同心十字线法对实物靶表面磁感应强度进行测试,将模拟结果与测量结果进行比较,证明其模拟的准确性.进而对圆平面磁控靶的结构参数进行优化设计,得出靶与磁钢间距为3 mm、磁钢高度为15 mm、内磁柱半径为4 mm、内磁柱高度为14 mm时靶面水平磁感应强度最强、分布最均匀.在工程应用中,设计人员可以预先对靶的参数进行优化设计,使设计的磁控溅射靶更好的满足生产和科学研究的需要.     

直流磁控溅射中矩形平面靶刻蚀形貌的数值计算及优化

对普通矩形平面靶的磁场分布、电子运动轨迹和电子分布进行了理论计算。通过磁场的解析表达式,解出电子在磁场中的运动方程,求得并从理论上解释了电子的运动轨迹。由电子的运动轨迹,并运用Monte Carlo方法,求得电子在磁场中的分布,得到电子分布的均值和标准差。本文通过在基片和靶材间加正向电场,改变了电子的运动轨迹和空间分布,优化了矩形平面靶的刻蚀形貌,提高了靶材利用率。