Tehnologija magnetronskog raspršivanjaje važna tehnika koja se široko koristi za modifikaciju površine materijala i taloženje tankog filma. Kao osnovna komponenta ove tehnologije, kvalitet i performanse meta magnetronskog raspršivanja direktno određuju kvalitet i karakteristike pripremljenih tankih filmova. Ovaj članak će pružiti sveobuhvatan i dubinski uvod u mete magnetronskog raspršivanja.
Zahtjevi za mete magnetronskog raspršivanja su veći od onih u industriji tradicionalnih materijala, općenito uključujući veličinu, ravnost, čistoću, sadržaj nečistoća, gustinu, N/O/C/S odnos, veličinu zrna i kontrolu defekata; Visoki ili posebni zahtjevi: hrapavost površine, vrijednost otpornosti, ujednačenost veličine zrna, ujednačenost sastava i strukture, sadržaj i veličina stranih supstanci (oksida), magnetna permeabilnost, ultra-visoka gustina i ultrafina zrna, itd.
Magnetronska meta za raspršivanje odnosi se na materijal koji se raspršuje atomima ili molekulima česticama visoke energije tokom procesa magnetronskog raspršivanja, a zatim se taloži na podlogu kako bi se formirao tanak film. Obično se sastoji od supstanci sa specifičnim hemijskim sastavom i kristalnom strukturom, kao što su metali, legure, jedinjenja itd.
Princip Magnetronskog raspršivanja
Pod dejstvom električnog polja E, elektroni se sudaraju sa atomima argona tokom leta prema supstratu, jonizujući i proizvodeći Ar pozitivne jone i nove elektrone; Novi elektroni lete prema supstratu, a Ar joni ubrzavaju ka katodnoj meti pod dejstvom električnog polja, bombardujući površinu mete velikom energijom, izazivajući raspršivanje materijala mete.
U raspršenim česticama neutralni ciljni atomi ili molekule talože se na podlogu kako bi formirali tanak film, a generirani sekundarni elektroni su podvrgnuti električnim i magnetskim poljima, što rezultira pomakom smjera E (električno polje) × B (magnetno polje), skraćeno kao E × B drift, čija je putanja kretanja približna cikloidi. Ako se radi o kružnom magnetskom polju, elektroni će se kretati kružno po površini cilja u približnom cikloidnom obliku. Njihova putanja kretanja nije samo duga, već je i ograničena u području plazme blizu površine mete, a velika količina Ar se jonizuje u ovoj oblasti da bombarduje ciljni materijal, čime se postiže visoka stopa taloženja.
Kako se broj sudara povećava, energija sekundarnih elektrona se iscrpljuje, postepeno se udaljavajući od površine mete i na kraju taložeći na podlogu pod djelovanjem električnog polja E. Zbog niske energije elektrona, energija koja se prenosi na podlogu je vrlo mala, što rezultira nižim porastom temperature podloge.
Magnetronsko raspršivanje je proces sudara između upadnih čestica i mete. Upadna čestica prolazi kroz složeni proces raspršenja u meti, sudara se sa ciljnim atomom i prenosi određeni zamah na ciljni atom. Ovaj ciljni atom se zatim sudara sa drugim ciljnim atomima, formirajući kaskadni proces. U ovom kaskadnom procesu, određeni ciljni atomi blizu površine dobijaju dovoljan zamah da se pomaknu prema van i raspršuju se iz mete.
Magnetronsko raspršivanje se općenito dijeli na dva tipa: raspršivanje jednosmjernom strujom i raspršivanje radio frekvencijama. Među njima, oprema za raspršivanje jednosmernom strujom ima jednostavan princip i brzu brzinu pri prskanju metala. Opseg primjene radiofrekventnog raspršivanja je širi. Osim raspršivanja provodnih materijala, mogu se prskati i neprovodni materijali. U isto vrijeme, reaktivno raspršivanje se također koristi za pripremu složenih materijala kao što su oksidi, nitridi i karbidi. Ako se frekvencija radio frekvencije poveća, to postaje raspršivanje mikrovalne plazme, uobičajeno poznato kao raspršivanje mikrovalne plazme elektronske ciklotronske rezonancije (ECR).
Klasifikacija ciljnih materijala za raspršivanje magneta
Metalna meta za raspršivanje, meta za raspršivanje legure, meta za premazivanje keramičkim raspršivanjem, boridna keramička meta za raspršivanje, karbidna keramička meta za raspršivanje, fluoridna keramička meta za raspršivanje, nitridna keramička meta za raspršivanje, oksidna keramička meta, meta za silicijev sputter, silicidna meta za raspršivanje keramička meta za raspršivanje, teluridna keramička meta za raspršivanje, druge keramičke mete, keramička meta sa silicijum oksidom dopiranom hromom (Cr SiO), meta indijum fosfida (InP), meta olovo-arsenid (PbAs), meta indijum arsenida (InAs).
Metalni materijali za mete imaju dobru provodljivost i toplotnu provodljivost, i mogu se koristiti za pripremu tankih metalnih filmova visoke čistoće i uniforme, koji se široko koriste u oblastima kao što su elektronika i poluprovodnici. Na primjer, u proizvodnji integriranih kola, bakrene mete se koriste za pripremu provodnih vodova, poboljšavajući performanse i integraciju kola.
Ciljni materijali od legure kombinuju karakteristike više metala i mogu prilagoditi omjer sastava prema različitim potrebama kako bi se dobili tanki filmovi sa specifičnim svojstvima. Na primjer, ciljni materijali od legure nikl hroma obično se koriste za pripremu otpornih tankih filmova, ispunjavajući precizne zahtjeve elektronskih komponenti za vrijednosti otpornosti.
Keramički ciljni materijali imaju važnu primjenu u optičkim premazima, zaštitnim premazima i drugim poljima zbog svoje odlične izolacije, otpornosti na habanje i optičkih svojstava. Na primjer, keramičke mete od titan oksida mogu se koristiti za pripremu tankih filmova sa funkcijama protiv refleksije i samočišćenja.
1. Metalni materijali za mete: uključujući čiste metalne ciljne materijale (kao što su bakar, aluminij, nikal, itd.) i legirane ciljne materijale (kao što su nehrđajući čelik, legure aluminija, itd.).
2. Složeni ciljni materijali: kao što su oksidni ciljni materijali (kao što su silicijum dioksid, aluminijum oksid, itd.), nitridni ciljni materijali (kao što su silicijum nitrid, aluminijum nitrid, itd.), karbidni ciljni materijali (kao što su silicijum karbid, volfram karbid, itd.) , itd.
3. Poluprovodnički ciljni materijali: kao što su silicijumski ciljni materijali, germanijumski ciljni materijali, itd.
Klasificirano prema strukturi ciljanog materijala:
1. Ravni ciljni materijal: Ima jednostavnu planarnu strukturu i obično se koristi u konvencionalnoj opremi za raspršivanje magnetrona.
2. Rotirajući ciljni materijal: Može postići kontinuiranu rotaciju, poboljšati stopu korištenja ciljnog materijala i ujednačenost nanesenog filma.
Zahtjevi performansi za mete magnetronskog raspršivanja:
1. Čistoća: Ciljni materijali visoke čistoće mogu osigurati čistoću i performanse nanesenih tankih filmova. Generalno, čistoća ciljanog materijala mora biti iznad 99,9%.
2. Gustina: Ciljni materijali visoke gustine mogu smanjiti kontaminaciju česticama tokom prskanja i poboljšati kvalitet i uniformnost tankih filmova.
3. Ujednačenost hemijskog sastava: Hemijski sastav ciljnog materijala treba da bude ravnomerno raspoređen kako bi se osigurala stabilnost nanesenog filma.
4. Kristalna struktura: Odgovarajuća kristalna struktura pomaže poboljšanju efikasnosti prskanja ciljnog materijala i performansi tankog filma.
5. Preciznost veličine i oblika: Veličina i oblik ciljanog materijala treba da ispunjavaju zahtjeve opreme kako bi se osigurala dobra instalacija i efekat prskanja.
6. Termička stabilnost: Tokom procesa raspršivanja, ciljni materijal je podvrgnut visokim temperaturama i česticama visoke energije, tako da mora imati dobru termičku stabilnost.
7. Otpornost na koroziju: Ciljni materijal treba da ima određeni stepen otpornosti na koroziju da bi produžio svoj životni vek.
Brzina taloženja ili brzina formiranja filma je važan parametar za mjerenje efikasnosti mašina za magnetronsko raspršivanje.
Postoji mnogo faktora koji utiču na brzinu sedimentacije, uključujući vrstu radnog gasa, pritisak radnog gasa, temperaturu mete za raspršivanje i jačinu magnetnog polja. Ali danas ćemo govoriti o tri važna faktora koji utiču na stopu taloženja ciljnih premaza magnetronskog raspršivanja: napon raspršivanja, struja i snaga.
Napon prskanja (V)
Utjecaj napona raspršivanja na brzinu formiranja filma slijedi obrazac: što je veći napon, to je brža brzina raspršivanja, a ovaj efekat je nježan i postepen unutar energetskog raspona potrebnog za taloženje raspršivanjem. Među faktorima koji utiču na koeficijent raspršivanja, napon pražnjenja je zaista važan nakon raspršivanja ciljnog materijala i gasa za raspršivanje. Uopšteno govoreći, u normalnom procesu magnetronskog raspršivanja, što je veći napon pražnjenja, veći je koeficijent raspršivanja, što znači da upadni ioni imaju veću energiju. Stoga se atomi u čvrstim ciljnim materijalima lakše raspršuju i talože na podlogu kako bi formirali tanak film.
Struja prskanja (I)
Struja raspršivanja magnetronske mete je direktno proporcionalna struji jona na površini materijala za raspršivanje i stoga je važan faktor koji utiče na brzinu raspršivanja. Magnetronsko raspršivanje ima univerzalno pravilo da je brzina taloženja najbrža pri optimalnom pritisku (ovisno o različitim ciljevima raspršivanja i projektima raspršivanja). Zbog toga je prikladno razmotriti optimalnu vrijednost tlaka plina iz perspektive prinosa prskanja bez utjecaja na kvalitet filma i ispunjavanja zahtjeva kupaca. Postoje dvije metode za promjenu struje prskanja: promjena radnog napona ili promjena tlaka radnog plina.
Snaga prskanja (P)
Učinak snage raspršivanja na brzinu taloženja sličan je naponu raspršivanja. Uopšteno govoreći, povećanje snage raspršivanja magnetronskih meta može poboljšati brzinu formiranja filma. Međutim, ovo nije univerzalno pravilo. U slučaju niskog napona raspršivanja (kao što je oko 200 volti) i velike struje raspršivanja magnetronskih meta, iako prosječna snaga raspršivanja nije mala, joni se ne mogu raspršiti ili taložiti. Preduvjet je da je napon raspršivanja primijenjen na materijal mete magnetrona dovoljno visok da osigura da je energija iona radnog plina u električnom polju između katode i anode dovoljno veća od "praga energije raspršivanja" ciljnog materijala.
Visokokvalitetne mete za raspršivanje magnetrona zahtijevaju visoku čistoću, veliku gustoću, ujednačenu mikrostrukturu i dobru termičku stabilnost. Od ključne je važnosti striktno kontrolisati čistoću sirovina, tehnike obrade i ispitivanje kvaliteta tokom procesa pripreme. Napredne proizvodne tehnologije kao nprmetalurgija prahaivakuumsko topljenjemože efikasno poboljšati performanse ciljanih materijala.
