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            磁控濺射鍍膜機中電磁場分布二維模擬

            發布日期:2016-05-26 00:00 來源:http://www.aura-b.com 點擊:

                  本文采用計算機FORTRAN 語言自主編程,通過建立通電線圈磁場的鍍膜機數學模型,對磁控濺射靶附近由通電線圈產生的磁場分布進行了二維數值模擬計算。計算表明當內、外線圈加反向電流,增加內或外線圈電流,可使通電線圈產生的磁場非平衡度增加,其增加強度由電流增加強度所決定。隨著內或外線圈電流增加,真空腔內磁場強度分布更均勻。通過調節內、外電線圈電流,控制磁場分布,從而控制其對等離子體密度及能量分布,可使等離子體因磁場的均勻分布而在真空腔內分布均勻化。另外,這種外加的電磁場還會使磁控裝置本體磁場增強,因此對磁控濺射產生的等離子體有增強作用。此結果為磁控濺射裝置上磁場配置提供重要參考依據。

            磁控濺射鍍膜機中電磁場分布二維模擬

              磁控濺射技術作為有效薄膜沉積的一種方法,已成為現在工業鍍膜過程中主要的生產技術之一,普遍地應用到微電子、光學薄膜和材料表面處理等領域。磁控濺射系統的關鍵核心技術是磁控濺射靶的設計,如磁控靶磁場所配置、柱形磁控靶及可移動矩形磁控靶等。國外在磁控濺射技術分析和設計方面優勢明顯,已經實現了專業技術的產業化,許多國內的磁控濺射設備制造商磁場設計較隨機。


              基于此,國內許多研究者開始在矩形平面靶、圓形靶及柱狀靶的磁場分布及優化、外加線圈子改變磁場結構及磁控靶表面刻蝕進行了數值模擬計算。趙卓等對封閉非平衡磁場的計算表明,外場增強的磁場可與底靶對面的磁場形成一定程度的封閉,從而使磁場有一定程度的空間均勻分布。平面磁控靶中,改變磁子及極靴尺寸和形狀、加導磁片等,可控制磁場的徑向分布,增加水平磁感強度,從而使靶表面的刻蝕跑道變寬。認為增大旋轉柱靶的磁子尺寸及磁子間夾角、加孿生柱靶等手段,可提高柱靶表面切線方向磁感強度,增大靶材表面的被濺射面積。


              值得指出的是,中科院沈陽金屬所對磁控濺射及陰極弧離子鍍膜中,在磁場附近外加磁場的模擬計算及實驗表明,外加磁場可影響磁場的非平衡度,從而改變等離子體輝光放電的特征及等離子體分布。另外數值模擬計算還表明,控制磁場分布是改善靶表面刻蝕狀況的最佳途徑。因此,利用模擬計算的結果對磁控裝置設計能給予一定指導。


              在磁控靶的設計中,受永磁材料的限制,永磁場強度的增加是有限的。真空技術網(http://www.chvacuum.com/)認為利用通電線圈產生磁場,以增強磁控裝置的磁場強度及改變磁場分布將使磁控濺射磁場分布可調,場強可調,將使靶的濺射速率可控、等離子體粒子密度及能量的增強。


              1、研究對象及物理模型建立


              磁控濺射系統的真空室為圓柱形腔體。靶材放置在附近纏繞矩形圓線圈的下極板位置,并接通電源,成為濺射的負電位電極。上極板可接通電源、接地或懸浮,使上極板電位相對于下極板要高。系統內部充入氬氣后,調節兩極間電壓和系統內部氣壓,在兩極板間產生氣體放電,形成等離子體。利用通電線圈在系統內部產生的空間磁場,將部分等離子體束縛在基底附近,另一部分較均勻分布在上、下電極間的真空腔內部。假定濺射系統腔體電離區半徑為0.28 m,系統高度為0.5 m。當采用柱坐標系對系統沿中心軸剖面的物理性質進行模擬時,假定線圈環繞在濺射裝置的外圍,并且矩形線圈的截面尺寸為5 cm ×5c m,線圈和極板的距離為1 cm。根據磁場的邊界條件,可選取濺射系統腔體電離區半徑2 倍、系統高度3 倍的區域模擬磁場。具體系統結構如圖1 所示。


              2、結論


              本文基于漂移- 擴散理論,建立了磁控濺射裝置中磁場的數學模型。利用麥克斯韋方程組的求解得到了裝置內部的磁場分布數據。結果表明,磁場強度的分布主要受導電線圈通電電流的不平衡度影響。通電線圈對磁場的貢獻主要集中在線圈內部區域,隨著電流的增大,磁場強度也隨之增大。增大外線圈電流,即增強N 磁極強度,可使磁場空間分布更均勻,場強更強。


            相關標簽:鍍膜機

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