Нанесение металлических плёнок методом магнетронного распыления на установке «Оратория -5»

1. Объяснить принцип метода магнетронного распыления.

При подаче постоянного напряжения между мишенью (отрицательный потенциал) и анодом (положительный потенциал) возникает неоднородное электрическое  поле и возбуждается тлеющий разряд. В установке «Оратория-5» в качестве анода выступает держатель подложки и стенки камеры. Наличие замкнутого магнитного поля к распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Электрон циркулирует в электромагнитной ловушке до тех пор, пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа, в результате которых он потеряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, в магнетронных устройствах при одновременном действии электрических и магнитных полей изменяется траектория движения электрона. Известно, что на заряд, движущийся в электромагнитном поле, действует сила Лоренца, направление которой, по правилу сложения сил, зависит от направления ее составляющих. При этом, часть силы Лоренца, обусловленная действием магнитного поля, не совершает работы, а лишь искривляет траекторию движения частицы, заставляя ее двигаться по окружности в плоскости, перпендикулярной V и B. Таким образом, большая часть энергии электрона, прежде чем он попадает на анод, используется на ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это, в свою очередь, приводит к увеличению интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости осаждения пленок. Из-за неоднородности действия электрических и магнитных полей в прикатодной зоне интенсивность ионизации в различных участках различна. Максимальное значение наблюдается в области, где линии индукции магнитного поля перпендикулярны вектору напряженности электрического поля, минимальное – где их направление совпадает.

Поверхность мишени, расположенная между входом и  выходом силовых линий магнитного поля, интенсивно распыляется и имеет  вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой магнитной системы.

2. Что такое коэффициент распыления и от чего он зависит.

Характеристикой процесса ионного  распыления служит коэффициент распыления, определяемый средним количеством  атомов мишени, выбитых с бомбардируемой поверхности падающим ионом.

где K_S – коэффициент распыления, N_t – количество выбитых атомов мишени, N_i – количество бомбардирующих ионов.

Коэффициент распыления определяется энергией и направлением падения ионов, природой взаимодействующих  материалов, кристаллографической структурой и атомным строением бомбардируемой поверхности.

3. Рассказать о схеме установки магнетронного напыления.

Основными элементами являются плоский  катод (мишень), изготовленный из напыляемого  материала, анод, магнитная система, обычно на основе постоянных магнитов, и система водоохлаждения.