Magnetron porlasztás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. január 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A magnetron-porlasztás  egy olyan technológia, amely vékony filmrétegek hordozóra történő felvitelére szolgál, a célpont katódporlasztásával a plazmában magnetron kisüléssel  - dióda kisüléssel keresztezett mezőkben. Az e technológia megvalósítására tervezett technológiai eszközöket magnetron porlasztórendszereknek, vagy röviden magnetronoknak nevezik (nem tévesztendő össze a vákuummagnetronokkal – mikrohullámú rezgések  generálására tervezett eszközökkel ).

Magnetron Discharge

A magnetronkisülés egy dióda gázkisülés keresztezett mezőkben (a kisülési térfogatban van egy térrész, ahol az elektromos és a mágneses mezők egymásra merőlegesek ; a mágneses erővonalak az áramvonalakon át vannak irányítva ) .

Felfedezési előzmények

Phillips brit kutató 1898-ban leírta egy gyűrű alakú elektromos kisülés megjelenését, amely egy üvegburában, csökkentett nyomáson, axiális mágneses tér bekapcsolásakor a rúdelektródák közötti rés körül következik be. 1913-ban prof. Strutt a Phillips-kisülést elektromos kisülésként értelmezte keresztezett mezőkben - axiális mágneses és radiális elektromos térben. Azt javasolta, hogy a radiális elektromos mezőt az előző kisülés során felhalmozódott pozitív töltés hozza létre az izzó falán, az elektródák közötti réssel szemben, és a gázionizációt a negatív részecskék okozzák, miközben a mágneses mezőn keresztül a tengelytől a mágneses térig terjednek. izzófal. Strutt gyűrű alakú anódot szerelt a rúdelektródák végei köré, és stabil gyűrűs kisülést ért el. A magnetronkisülés vizsgálatához a legnagyobb mértékben F. M. Penning holland fizikus járult hozzá. A magnetronkisülés egyéb alkalmazásai mellett ( ionforrásként , vákuummérő szenzorként , ionszivattyúként) javasolta a magnetronkisülés használatát porlasztásra és bevonásra [1] .

Fizikai alapok

Az elektronemissziós mechanizmus szempontjából az egyenáramú magnetronkisülés rendellenes izzító kisülés . Az elektronok az ionbombázás hatására ion -elektron kibocsátás következtében hagyják el a katód felületét . Tekintettel arra, hogy az ion-elektron emisszió együtthatója nagyon kicsi, a katódra jutó ionáram legalább egy nagyságrenddel meghaladja az elektronáramot. A plazmában a töltött részecskék egyensúlyát a semleges gázatomok elektronok általi ionizációja biztosítja, amelyeket a sötét katódtérben az elektromos térben felgyorsítanak.

Ellentétben az izzító kisüléssel, ahol az ütközést nem tapasztaló elektront szabadon felgyorsítja az elektromos tér, amíg el nem hagyja a katódpotenciálesés tartományát (sötét katódtér), a keresztirányú mágneses tér jelenléte az elektront meghajlítja. pálya a Lorentz-erő hatására . Elegendő mágneses térrel az elektron szinte nulla energiával tér vissza a katódra, és az elektromos tér hatására ismét gyorsított mozgásba kezd. Mozgásának pályája cikloid lesz , az elektron a katód felülete mentén sodródik az elektromos és a mágneses térre egyaránt merőleges irányban. Az elektron „csapdában” van, amelyet csak egy másik részecskével ütközve tud elhagyni. Ezután új, a katódtól kicsit távolabbi pályára vált, és így tovább, amíg a mezők gyengülnek, a mágneses a mágneses rendszer pólusaitól való távolság miatt, az elektromos a plazma árnyékolás miatt. A csapda jelenléte miatt a kibocsátott elektronok ionizációjának hatékonysága sokszorosára növekszik, ami lehetővé teszi a hagyományos dióda kisüléssel ellentétben nagy ionáram-sűrűség elérését, és ezáltal nagy porlasztási sebesség elérését viszonylag alacsony nyomáson. 0,1 Pa és az alatti nagyságrendű. A csapda hatékony működéséhez ki kell zárni az elektronok szivárgását az anódra a mágneses erővonalak mentén, és a sodródási pályákat le kell zárni.

A technológia alapjai

A magnetronporlasztás technológiai jelentősége abban rejlik, hogy a katód (célpont) felületét bombázó ionok porlasztást végeznek . A magnetron maratási technológiák ezen a hatáson alapulnak, és mivel a porlasztott célanyag a hordozóra lerakva sűrű filmet képezhet, a magnetronporlasztás kapta a legszélesebb körű alkalmazást.

Célporlasztás

Amikor ionok ütköznek a célfelülettel, lendületet ad át az anyagnak [2] [3] . A beeső ion ütközések sorozatát okozza az anyagban. Többszöri ütközés után az impulzus elér egy, az anyag felületén elhelyezkedő atomot, amely elszakad a célponttól és lerakódik a hordozó felületére. Az egy beeső argoniononkénti kilökött atomok átlagos számát a folyamat hatékonyságának nevezzük, amely függ a beesési szögtől, az ion energiájától és tömegétől, az elpárolgott anyag tömegétől, valamint az atom kötési energiájától. anyag. Kristályos anyag elpárologtatása esetén a hatásfok a kristályrács elrendezésétől is függ.

A célfelületet elhagyó részecskék film formájában rakódnak le a szubsztrátumon, és részben szétszóródnak a maradék gázok molekuláin, vagy lerakódnak a működő vákuumkamra falaira.

Fémek és ötvözetek permetezése

A fémek és ötvözetek leválasztása inert gáz környezetben , általában argonban történik . A termikus bepárlási technológiával ellentétben a magnetronos porlasztás nem eredményez összetett összetételű céltárgyak (ötvözetek) frakcionálását .

Reaktív permetezés

Komplex vegyületek, például oxidok és nitridek leválasztására az úgynevezett reaktív magnetronos porlasztást alkalmazzák. Reaktív gázt (például oxigént vagy nitrogént ) adnak a plazmagázhoz (argon ). A magnetronkisülés plazmájában a reaktív gáz disszociál , aktív szabad gyökök szabadulnak fel , amelyek kölcsönhatásba lépnek a szubsztrátumon lerakódott porlasztott atomokkal, és kémiai vegyületet képeznek .

Magratron

Egy ideig a "Magratron" kifejezés a szovjet irodalomban is találkozott. A "Mag" szótag rövidített formában magnetront jelentett, "ra" - porlasztást, "tron" - elektromos kisülési eszközt. Idegen nyelvre lefordíthatatlansága miatt a kifejezés nem honosodott meg, helyette a „magnetron” szót kezdték használni.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Kuzmichev, 2008 , p. 42-51.
  2. ↑ Sigmund, 1987 .
  3. ↑ Behrisch, 2007 .

Irodalom