磁控溅射靶材刻蚀特性的模拟研究

靶材刻蚀特性是研究磁控溅射靶材利用率、薄膜生长速度和薄膜质量的关键因素。本文用有限元分析软件ANSYS模拟了磁控溅射放电空间的磁场分布,用粒子模拟软件OOPIC Pro(object oriented particlein cell)模拟了放电过程,最后用SRIM(stopping and range of ions in matter)模拟了靶材的溅射特性,得到了靶材的刻蚀形貌和刻蚀速度,并讨论了不同工作气压和不同阴极电压对靶材刻蚀的影响。模拟结果表明:靶材刻蚀形貌与磁场分布有关,磁通密度越强,对应的靶材位置刻蚀越深;靶材的刻蚀速度随阴极电压的增大而增大,而当工作气压增大时,靶材的刻蚀速度先增大后趋向平衡,当工作气压超过一定的值时,刻蚀速度随气压的增大开始减小。模拟结果与实验观测进行了比较,二者符合较好。

靶材刻蚀对磁控溅射制备ZnO:Al薄膜性能空间分布的影响

采用未经使用和经长时间使用后的新旧掺铝氧化锌(AZO)圆形平面陶瓷靶,直流磁控溅射制备AZO薄膜,基片分别正对靶材水平放置和立在屏蔽罩旁竖直放置,并通过X射线衍射仪、霍尔效应测试系统、光学椭偏仪等设备分析其结构和光电性能,系统地研究靶材刻蚀对磁控溅射制备AZO薄膜性能空间分布的影响。研究表明,氧负离子是造成靶材刻蚀导致薄膜性能空间差异的主要原因,对于水平放置径向分布的AZO薄膜,采用新靶制备时,靶材刻蚀位置处,氧负离子对薄膜损伤作用最大,(002)晶面间距增大,电学性能最差,而在正对靶中心及其他位置处电学性能较佳,随着靶材刻蚀的加深,氧负离子对正对靶中心位置处的薄膜损伤作用最大,结晶性能和电学性能最差;而对于竖直放置纵向分布的AZO薄膜,由于受氧负离子作用弱,采用新旧靶制备的薄膜性能分布规律相似,薄膜电学和结晶性能较水平放置均有所提升,某些位置处电阻率可达(7~8)×10^(-4)Ω·cm,但可见光透过率有所下降。

国内外磁控溅射靶材的研究进展

磁控溅射以溅射温度低、沉积速率高的特点而被广泛应用于各种薄膜制造中,如单层或复合薄膜、磁性或超导薄膜以及有一定用途的功能性薄膜等,在科学领域以及工业生产中发挥着不可替代的作用。在介绍磁控溅射原理的基础上,阐述了靶材刻蚀机理,针对传统磁控溅射系统中靶材利用率低、刻蚀形貌不均匀等现状,从改善靶面磁场分布和模拟靶材刻蚀形貌两方面对国内外最新的研究进展进行总结与分析。研究表明,通过改变磁体的空间布置或增加导磁片能有效改善靶面磁场分布,采用适当的运动部件实现磁场和靶材的相对运动能有效扩展靶材的溅射面积,提高靶材利用率。在靶材刻蚀模拟中,通过改变溅射过程中的工艺条件(磁场强度、工作电压等)来研究靶面等离子特性,结果显示靶材刻蚀形貌会随着磁场强度的增加而变窄,靶材刻蚀速率会随工作电压的增大而增大等,这些研究成果对磁控溅射工艺参数的优化具有指导意义。最后,对靶材冷却系统的设计、靶材表面处理等对溅射过程的影响进行了简要展望。

磁控溅射阴极靶的故障与处理

对磁控溅射生产热反射镀膜玻璃过程中,关键部件阴极靶容易出现的阴极辉光放电的异常及靶材刻蚀区的偏移等问题进行了分析,并提出了具体的处理方法。指出在磁控溅射镀膜玻璃的生产中,对每个环节、每道工序、每个参数都必须给予高度的重视,严格遵守操作规程,才能保证产品的质量。