Магнетронные распылительные системы с планарным катодом

Магнетронные распылительные системы с планарным катодом 

 

Выполнил: студент гр. 13А82

К.О. Журавлева

Проверил: С. Н. Янин

 

Содержание

 

• Введение
• История магнетронных распылительных систем
• Основные характеристики магнетронных распылительных систем
• Преимущества и недостатки магнетронных распылительных систем
• Виды магнетронных распылительных систем
• Магнетронные распылительные системы с планарным катодом
• Сравнение магнетронных распылительных систем
• Применение магнетронных распылительных систем
• Заключение

Введение

 

• В настоящее время магнетронные распылительные системы стали одними из наиболее широко используемых ионно-плазменных технологических устройств.
• До середины 70-х годов прошлого столетия тонкие слои на подложки в вакууме наносились в основном методом термического испарения исходного материала; ионное (катодное) распыление, осуществляемое с помощью газоразрядных диодных и триодных систем, играло меньшую роль из-за низкой производительности.
• МРС заняли лидирующее положение в технологии тонкослойных покрытий для микроэлектроники, устройств записи информации и дисплеев

История магнетронных распылительных систем  

 

• Исторически, впервые магнетронное распыление как технологический метод было предложено Ф. Пеннингом в 1935 году и запатентовано им в нескольких странах.
• В 60-х годах в связи с потребностью в развитии технологии плёночной микроэлектроники снова стали проводить эксперименты по распылению материалов в магнетронном разряде.
• В 70-х годах Дж. Торнтон выполнил цикл фундаментальных работ по исследованию разряда в цилиндрических системах и предложил ряд конструкций МРС, в частности, систему со стержневым катодом, которая до сих пор применяется в промышленной технологии.

Основные характеристики магнетронных распылительных систем  

 

Магнетронную распылительную систему  характеризуют следующие параметры:

• -напряжение разряда, ток разряда и средняя плотность тока на катоде;
• -допустимый диапазон давления рабочего газа;
• -величина и форма магнитного поля над поверхностью катода;
• -вольтамперная характеристика разряда;
• -скорость распыления катода /скорость роста покрытия;
• -коэффициент использования материала катода;
• -максимальная электрическая мощность разряда и максимальная мощность, снимаемая с катода.

Преимущества и недостатки магнетронных распылительных систем

 

Преимущества МРС :

- высокие скорости нанесения  покрытия

- невысокие тепловые нагрузки  на подложку

- возможность нанесения покрытий  сложного состава из сплавов

- возможность нанесения покрытий  в среде реактивного газа

- возможность нанесения покрытия  с хорошей воспроизводимостью  по толщине и составу на  подложки больших размеров 

 

Недостатки МРС:

- относительно высокая энергоемкость  процесса

- нестабильность реактивных  процессов при нанесении оксидов  нитридов и карбидов металлов  и, как следствие, необходимость  применения сложных систем контроля  и управления разрядом 

Виды магнетронных распылительных систем

 

• Основным элементом МРС является распыляемый катод-мишень. Можно выделить три наиболее применяемые типа магнетронов различающихся по форме катода:
• - плоские МРС с дисковым катодом или протяженным катодом (планарные МРС)
• - цилиндрические МРС
• - МРС с конической мишенью

 

Основные конструктивные схемы  МРС: а) плоская (планарная) МРС, б) цилиндрическая  МРС, в) МРС с конической мишенью. 1 – катод-мишень; 2 – анод; 3 –магнитная  система; 4 – силовые линии магнитного  поля 
  

Магнетронные распылительные системы с планарным катодом 

 

Схема магнетронной распылительной  системы с плоской мишенью: 1 –  магнитная система; 2 – катод-мишень; 3 – силовая линия магнитного  поля; 4 – зона наибольшей эрозии  поверхности катода; 5 – траектория  движения электрона

 

• Средние скорости осаждения различных материалов с помощью магнетронной распылительной системы, имеющей плоскую дисковую мишень диаметром 150 мм, при мощности источника 4 кВт и расположении подложки на расстоянии 60 мм от источника приведены в таблице.

 

Сравнение магнетронных распылительных систем 

 

Термовакуумный метод,

характеризующийся простотой и

высокими скоростями осаждения  не

обеспечивает достаточной

воспроизводимости свойств пленок  в

особенности при осаждении веществ

сложного состава, не позволяет

испарить тугоплавкие материалы.

 

 

Электронно-лучевой нагрев, обеспечивая  высокие скорости осаждения, характеризуется  низким коэффициентом полезного  использования материала и очень  низким энергетическим КПД.

 

Метод получения пленок ионным  распылением материалов обладает  целым рядом достоинств, к которым  относятся: возмож­ность получения  соединений, которые практически  почти невозможно получить термическим  испарением веществ в высоком  вакууме; высокая адгезия пленок.

 

В магнетронных распылительных  систем увеличение скорости распыления  с одновременным снижением давления  рабочего газа позволяет существенно  снизить степень загрязнения  пленок посторонними газовыми  включениями.

 

Применение магнетронных распылительных систем 

 

• Потенциальные возможности применения магнетронных распылительных систем и настоящее время еще далеко неполностью выяснены и реализованы.
• Наиболее ярко достоинства этих систем проявляются при осаждении пленок металлов и сплавов, по­лучении оптических покрытий, получении магнитных пленок, а также пленок сверхпроводящих материалов.
• Протяженные магнетронные распылительные системы с планарным катодом применяются при нанесении покрытий на крупногабаритные детали (архитектурные стекла, рулонные материалы и т.д.).

Заключение

 

• В целом магнетронные распылительные системы являются одним из наиболее перспективных технологических устройств в ионно-плазменной технологии. Эти системы имеют неоспоримые преимущества при нанесении покрытий на большие площади, что ставят их на первое место при создании рулонных и листовых материалов со специальными свойствами. Например, гибкие печатные платы, легкие электростатические экраны и экранно-вакуумная изоляция для космической техники, теплосберегающее остекление, экраны систем отображения информации 

Спасибо за внимание!!!