磁场非平衡状态对磁控管放电特性及Cr膜微观结构的影响

通过采用不同磁场强度的磁铁获得了3种不同非平衡态的磁控管,采用单靶溅射模式于单晶硅衬底上制备了Cr膜。研究了不同磁场非平衡状态下磁控管的伏安特性,并对不同非平衡状态下溅射空间的磁场分布进行了模拟;采用扫描电镜和X射线衍射仪分别对所沉积Cr膜的微观组织和晶体结构进行了观察和分析。结果表明:随着磁场非平衡度的降低,靶表面磁场趋于内敛,磁场对等离子体的约束能力n值由6.05增至20.24。不同磁场非平衡状态下获得的Cr膜均为沿Cr(110)面择优生长的柱状晶结构,磁场非平衡度的增大有利于镀层颗粒的细化及表面质量的改善,但致密性变化趋势相反。

圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极,基于自洽粒子模拟方法,使用VSim软件对不同工况下的放电特性进行了模拟.研究发现随着磁场非平衡度的增加,阴极表面电势降落最大的位置和等离子体聚集的位置,沿着阴极表面外沿不断向阴极中心移动,阴极表面磁场的强度不断减小.随着磁场非平衡度的增加,等离子体密度先增加后减小,鞘层厚度先减小后增加,等离子体的密度和鞘层厚度不仅与磁场非平衡度有关,而且与磁场强度有关.最后根据粒子模拟的结果,对复合式磁控阴极的靶材刻蚀深度进行了研究.研究发现,在优化前后靶材的刻蚀范围从60 mm扩展至整个靶面,极大地提高了靶材利用率.