Tehnologia de pulverizare cu magnetroneste o tehnică importantă utilizată pe scară largă pentru modificarea suprafeței materialelor și depunerea de pelicule subțiri. Ca componentă de bază a acestei tehnologii, calitatea și performanța țintelor de pulverizare cu magnetron determină în mod direct calitatea și caracteristicile filmelor subțiri preparate. Acest articol va oferi o introducere cuprinzătoare și aprofundată a țintelor de pulverizare cu magnetron.
Cerințele pentru țintele de pulverizare cu magnetron sunt mai mari decât cele din industria materialelor tradiționale, incluzând în general dimensiunea, planeitatea, puritatea, conținutul de impurități, densitatea, raportul N/O/C/S, dimensiunea granulelor și controlul defectelor; Cerințe înalte sau speciale: rugozitatea suprafeței, valoarea rezistenței, uniformitatea mărimii granulelor, uniformitatea compoziției și structurii, conținutul și dimensiunea substanțelor străine (oxizi), permeabilitatea magnetică, granulele ultra-înalte și ultrafine etc.
Ținta de pulverizare cu magnetron se referă la un material care este pulverizat cu atomi sau molecule de particule de înaltă energie în timpul procesului de pulverizare cu magnetron și apoi depus pe un substrat pentru a forma o peliculă subțire. Este de obicei compus din substanțe cu compoziții chimice specifice și structuri cristaline, precum metale, aliaje, compuși etc.
Principiul pulverizării cu magnetron
Sub acțiunea câmpului electric E, electronii se ciocnesc cu atomii de argon în timpul zborului lor către substrat, ionizând și producând ioni Ar pozitivi și noi electroni; Electroni noi zboară spre substrat, iar ionii de Ar accelerează către ținta catodului sub acțiunea unui câmp electric, bombardând suprafața țintă cu energie mare, provocând pulverizarea materialului țintă.
În particulele pulverizate, atomii sau moleculele țintă neutre se depun pe substrat pentru a forma o peliculă subțire, iar electronii secundari generați sunt supuși câmpurilor electrice și magnetice, rezultând o deplasare direcțională a E (câmp electric) × B (câmp magnetic), prescurtat ca E × B drift, a cărei traiectorie de mișcare aproximează o cicloidă. Dacă este un câmp magnetic circular, electronii se vor mișca într-o mișcare circulară pe suprafața țintă într-o formă aproximativă de cicloidă. Calea lor de mișcare nu este doar lungă, ci și limitată în regiunea plasmei din apropierea suprafeței țintă și o cantitate mare de Ar este ionizată în această regiune pentru a bombarda materialul țintă, obținând astfel o rată mare de depunere.
Pe măsură ce numărul de ciocniri crește, energia electronilor secundari se epuizează, îndepărtându-se treptat de suprafața țintă și depunându-se în cele din urmă pe substrat sub acțiunea câmpului electric E. Datorită energiei scăzute a electronului, energia transferată la substrat este foarte mic, rezultând o creștere mai mică a temperaturii substratului.
Pulverizarea cu magnetron este un proces de coliziune între particulele incidente și o țintă. Particula incidentă suferă un proces complex de împrăștiere în țintă, se ciocnește cu atomul țintă și transferă un anumit impuls atomului țintă. Acest atom țintă se ciocnește apoi cu alți atomi țintă, formând un proces în cascadă. În acest proces în cascadă, anumiți atomi țintă din apropierea suprafeței câștigă suficient impuls pentru a se deplasa în exterior și sunt pulverizați din țintă.
Pulverizarea cu magnetron este, în general, împărțită în două tipuri: pulverizarea cu curent continuu și pulverizarea prin radiofrecvență. Printre acestea, echipamentele de pulverizare cu curent continuu au un principiu simplu și o rată rapidă la pulverizarea metalelor. Domeniul de aplicare a pulverizării prin radiofrecvență este mai extins. Pe lângă pulverizarea materialelor conductoare, pot fi pulverizate și materialele neconductoare. În același timp, pulverizarea reactivă este, de asemenea, utilizată pentru a prepara materiale compuse, cum ar fi oxizi, nitruri și carburi. Dacă frecvența frecvenței radio este crescută, aceasta devine pulverizare cu plasmă cu microunde, cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de rezonanță electron cyclotron (ECR) pulverizare cu plasmă cu microunde.
Clasificarea materialelor țintă de pulverizare cu magnetron
Țintă de acoperire prin pulverizare metalică, țintă de acoperire prin pulverizare din aliaj, țintă de acoperire cu pulverizare ceramică, țintă de pulverizare ceramică borură, țintă de pulverizare ceramică cu carbură, țintă de pulverizare ceramică cu fluorură, țintă de pulverizare ceramică cu nitrur, țintă ceramică cu oxid, țintă de pulverizare ceramică selenidă, țintă de pulverizare ceramică cu siliciu, sulfurare țintă țintă de pulverizare ceramică, țintă de pulverizare ceramică cu telururi, alte ținte ceramice, țintă ceramică de oxid de siliciu dopat cu crom (Cr SiO), țintă de fosfură de indiu (InP), țintă de arseniură de plumb (PbAs), țintă de arseniură de indiu (InAs).
Materialele metalice țintă au o bună conductivitate și conductivitate termică și pot fi utilizate pentru a prepara pelicule subțiri metalice de înaltă puritate și uniforme, care sunt utilizate pe scară largă în domenii precum electronica și semiconductorii. De exemplu, în fabricarea circuitelor integrate, țintele de cupru sunt folosite pentru a pregăti linii conductoare, îmbunătățind performanța și integrarea circuitelor.
Materialele țintă din aliaj combină caracteristicile mai multor metale și pot ajusta raportul de compoziție în funcție de diferite nevoi pentru a obține pelicule subțiri cu proprietăți specifice. De exemplu, materialele țintă din aliaj de nichel-crom sunt utilizate în mod obișnuit pentru a pregăti pelicule subțiri rezistive, îndeplinind cerințele precise ale componentelor electronice pentru valorile rezistenței.
Materialele ceramice țintă au aplicații importante în acoperiri optice, acoperiri de protecție și alte domenii datorită izolației excelente, rezistenței la uzură și proprietăților optice. De exemplu, țintele ceramice cu oxid de titan pot fi folosite pentru a prepara pelicule subțiri cu funcții antireflex și de autocurățare.
1. Materiale metalice tinta: inclusiv materiale țintă din metal pur (cum ar fi cupru, aluminiu, nichel etc.) și materiale țintă din aliaj (cum ar fi oțel inoxidabil, aliaj de aluminiu etc.).
2. Materiale țintă compuse: cum ar fi materiale țintă de oxid (cum ar fi dioxid de siliciu, oxid de aluminiu etc.), materiale țintă de nitrură (cum ar fi nitrură de siliciu, nitrură de aluminiu etc.), materiale țintă de carbură (cum ar fi carbură de siliciu, carbură de tungsten etc.) , etc.
3. Materiale țintă semiconductoare: cum ar fi materiale țintă de siliciu, materiale țintă de germaniu etc.
Clasificat după structura materialului țintă:
1. Material țintă plat: Are o structură plană simplă și este utilizat în mod obișnuit în echipamentele convenționale de pulverizare cu magnetron.
2. Material țintă rotativ: Poate obține o rotație continuă, poate îmbunătăți rata de utilizare a materialului țintă și uniformitatea filmului depus.
Cerințe de performanță pentru țintele de pulverizare cu magnetron:
1. Puritate: Materialele țintă de înaltă puritate pot asigura puritatea și performanța filmelor subțiri depuse. În general, puritatea materialului țintă trebuie să fie peste 99,9%.
2. Densitate: Materialele țintă de înaltă densitate pot reduce contaminarea cu particule în timpul pulverizării și pot îmbunătăți calitatea și uniformitatea filmelor subțiri.
3. Uniformitatea compoziției chimice: Compoziția chimică a materialului țintă trebuie distribuită uniform pentru a asigura stabilitatea filmului depus.
4. Structura de cristal: O structură de cristal adecvată ajută la îmbunătățirea eficienței pulverizării materialului țintă și a performanței peliculei subțiri.
5. Precizia dimensiunii și formei: Mărimea și forma materialului țintă trebuie să îndeplinească cerințele echipamentului pentru a asigura o bună instalare și efect de pulverizare.
6. Stabilitate termică: în timpul procesului de pulverizare, materialul țintă este supus la temperaturi ridicate și particule cu energie ridicată, deci trebuie să aibă o stabilitate termică bună.
7. Rezistența la coroziune: Materialul țintă ar trebui să aibă un anumit grad de rezistență la coroziune pentru a-și prelungi durata de viață.
Rata de depunere sau rata de formare a filmului este un parametru important pentru măsurarea eficienței mașinilor de pulverizare cu magnetron.
Există mulți factori care afectează viteza de sedimentare, inclusiv tipul de gaz de lucru, presiunea gazului de lucru, temperatura țintei de pulverizare și puterea câmpului magnetic. Dar astăzi, vom vorbi despre trei factori importanți care afectează rata de depunere a acoperirilor țintă cu magnetron: tensiunea, curentul și puterea de pulverizare.
Tensiune de pulverizare (V)
Efectul tensiunii de pulverizare asupra vitezei de formare a peliculei urmează un model: cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai rapidă viteza de pulverizare, iar acest efect este blând și gradual în intervalul de energie necesar pentru depunerea prin pulverizare. Printre factorii care afectează coeficientul de pulverizare, tensiunea de descărcare este într-adevăr importantă după pulverizarea materialului țintă și a gazului de pulverizare. În general, într-un proces normal de pulverizare cu magnetron, cu cât tensiunea de descărcare este mai mare, cu atât coeficientul de pulverizare este mai mare, ceea ce înseamnă că ionii incidenti au o energie mai mare. Prin urmare, atomii din materialele țintă solide sunt mai ușor pulverizați și depuși pe substrat pentru a forma o peliculă subțire.
Curent de pulverizare (I)
Curentul de pulverizare al unei ținte de magnetron este direct proporțional cu curentul ionic de pe suprafața materialului țintă de pulverizare și, prin urmare, este un factor important care afectează viteza de pulverizare. Pulverizarea cu magnetron are o regulă universală că rata de depunere este cea mai rapidă la presiunea optimă (în funcție de diferitele ținte de pulverizare și proiecte de pulverizare). Prin urmare, este adecvat să se ia în considerare valoarea optimă a presiunii gazului din perspectiva randamentului pulverizarii fără a afecta calitatea filmului și a îndeplini cerințele clienților. Există două metode de modificare a curentului de pulverizare: schimbarea tensiunii de lucru sau schimbarea presiunii gazului de lucru.
Puterea de pulverizare (P)
Efectul puterii de pulverizare asupra ratei de depunere este similar cu tensiunea de pulverizare. În general, creșterea puterii de pulverizare a țintelor cu magnetron poate îmbunătăți rata de formare a filmului. Cu toate acestea, aceasta nu este o regulă universală. În cazul tensiunii de pulverizare scăzută (cum ar fi aproximativ 200 de volți) și curentului de pulverizare ridicat al țintelor cu magnetron, deși puterea medie de pulverizare nu este scăzută, ionii nu pot fi pulverizați sau depuși. Condiția prealabilă este ca tensiunea de pulverizare aplicată materialului țintă cu magnetron să fie suficient de mare pentru a se asigura că energia ionilor de gaz de lucru în câmpul electric dintre catod și anod este suficient de mai mare decât „pragul de energie de pulverizare” al materialului țintă.
Țintele de pulverizare cu magnetron de înaltă calitate necesită puritate ridicată, densitate ridicată, microstructură uniformă și stabilitate termică bună. Este crucial să se controleze strict puritatea materiilor prime, tehnicile de procesare și testarea calității în timpul procesului de preparare. Tehnologii avansate de producție precummetalurgia pulberilorşitopire în vidpoate îmbunătăți eficient performanța materialelor țintă.
