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《大连理工大学》 2006年
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非平衡磁控溅射沉积系统放电特性和沉积TiN_x薄膜应用研究

牟宗信  
【摘要】:非平衡磁控溅射沉积技术(Unbalanced Magnetron Sputtering,UMS)目前得到广泛关注,能够得到比较高的离子/原子到达比(Ion-to-atom Arrival Ratio,IAR),在相对较低的基体温度下沉积结构致密薄膜,通过磁场状态优化沉积参数。结构-区域模型(Structure-Zone-Model,SZM)包含沉积过程的关键因素,为确定非平衡磁控溅射沉积技术放电参数和沉积参数之间的关系,仍然需要深入研究其放电、沉积机制,通过建立精确的理论模型控制放电和沉积过程,以满足日益发展的应用需求。 溅射靶的磁场分布是非平衡磁控溅射系统的关键因素。通过增强溅射靶外侧的磁极形成非平衡的磁场分布,能够约束等离子体,增强电离;磁场梯度带来的磁镜效应增强电荷引出,系统的性能得到提高。本文使用的圆形平面磁控溅射靶内部磁极具有一定的非平衡度,构成永磁式非平衡磁控溅射靶(Permanent Magnet Unbalanced Magnetron Sputtering);通过附加一个同轴线圈加强系统的非平衡特征,形成同轴磁场约束非平衡磁控溅射靶(Coaxial Solenoid confining Unbalanced Magnetron sputtering)。本文通过这样两种相互对比的系统来研究同轴磁场变化对放电特性和沉积特性的影响。 采用Langmuir探针、发射探针、平面电极和发射光谱等方法研究了沉积区域的等离子体参数和同轴磁场(Coaixial Solenoid)对这些参数的影响规律。在同轴磁场作用下,其沉积区域电子温度、等离子体密度和离子饱和电流密度得到显著提高,有利于提高薄膜质量;沉积速率随溅射功率先增加,继续提高溅射功率,则沉积速率降低;由于电子受到磁场约束,沉积区域的等离子体电位降低;同轴磁场提高了系统的放电效率和低气压沉积过程的稳定性。采用圆形平面电极在轴向不同位置研究饱和离子电流(Saturation Ion Current)与同轴线圈电流、放电电流密度、空间位置之间的关系。实验结果表明同轴磁场显著影响收集电流密度通量,增强同轴磁场使饱和离子通量在距阴极200mm以上的位置达到9.5mA/cm~2,达到饱和值后保持稳定,不再受磁场和放电电流影响。 在系统的实验研究基础上,理论研究了同轴磁场对圆形平面磁控溅射系统放电特性和离子束流影响。根据蔡尔德定律研究了同轴磁场对于非平衡磁控溅射沉积系统伏安特性影响的基本规律。根据沉积过程中离子的分布特点,采用磁流体理论方法,建立反映
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB43

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【引证文献】
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1 张济;磁控溅射CrAlSiN硬质膜高温性能研究[D];沈阳理工大学;2016年
【参考文献】
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【共引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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3 李晓娜,聂冬,董闯,马腾才,金星,张泽;离子注入合成β-FeSi_2薄膜的显微结构[J];物理学报;2002年01期
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5 吴大维,付德君,毛先唯,叶明生,彭友贵,范湘军;C_3N_4/TiN交替复合膜的微结构研究[J];物理学报;1999年05期
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