مفهوم، مزایا و معایب تفکیک مگنترون متعادل

اسپکترومغناطیسی مگنترون متعادل یک نوع مگنترون رایج است. یک آهنربای دائمی یا یک سیم پیچ مغناطیسی که میدان مغناطیسی خاصی با میدان مغناطیسی هسته دارد یا نزدیک به آن قرار دارد، در پشت هدف کاتد قرار می گیرد و یک میدان مغناطیسی عمود بر جهت میدان الکتریکی بر روی سطح هدف. محفظه رسوب با مقدار مشخصی از گاز کاری پر شده است و معمولا آن Ar است. اتم یونیزه شده است به یونهای Ar + و الکترونها تحت فشار بالا برای تولید تخلیه تابشی. یون Ar + پس از تسریع توسط میدان الکتریکی هدف را بمباران می کند و سپس اتم های هدف، یون ها و یون ها، الکترون های ثانویه و غیره را تفکیک می کند.

تحت اثر میدان های الکترومغناطیسی متقابل عمود بر یکنواخت، الکترون ها به صورت یک چرخه ای حرکت می کنند و در سطح هدف به طول می انجامد تا مسیر خود را در پلاسما به طول بکشد و مشارکت آنها در برخورد و یونیزاسیون مولکول های گاز افزایش یابد و یونیزه شدن یون های بیشتری به افزایش میزان یونیزاسیون گاز. تخلیه می تواند در فشار گاز پایین نگه داشته شود. بنابراین، اسپکترومغناطیس مگنترون نه تنها فشار گاز را در طول فرایند اسپری کاهش می دهد، بلکه باعث افزایش راندمان اسپری و میزان رسوب می شود.

با این حال، پاشش مگنترون متعادل نیز دارای معایب است. به عنوان مثال، به علت میدان مغناطیسی، الکترون هایی که توسط تخلیه درخشش ایجاد شده و الکترونهای ثانویه پرتاب می شوند، نزدیک به سطح هدف با میدان مغناطیسی موازی محدود می شوند و منطقه پلاسما به شدت در حدود 60 میلی متر در سطح هدف، غلظت پلاسما به سرعت به عنوان فاصله از سطح هدف افزایش می یابد. در این زمان، قطعه کار فقط می تواند در محدوده 50 تا 100 میلی متر از اهداف برای افزایش اثر بمباران یونی قرار گیرد. چنین ناحیه پوششی موثر کوتاه، ابعاد هندسی قطعه کار را محصور می کند، بنابراین برای قطعه های بزرگ یا بارگذاری دسته ای مناسب نیست، که کاربرد تکنولوژی اسپکتروم مغناطیسی را محدود می کند. در مورد اسپکترومغناطیسی مگنترون متعادل انرژی ذرات هدف تخلیه شده کم است و قدرت پیوند پایه فیلم ضعیف است. اتمهای رسوب کم انرژی تحرک کم روی سطح سوبسترا دارند و به راحتی می توان فیلم با ساختار ستون متخلخل و خشن ایجاد کرد. افزایش درجه حرارت قطعه کار مطمئنا می تواند ساختار و عملکرد فیلم را بهبود بخشد، اما در بسیاری از موارد، مواد کارجوی خود را نمی توان مقاومت در برابر درجه حرارت مورد نیاز.

شکل 1 (a) اسپکترومغناطیسی مگنترون متعادل (b) اسپکتروم مغناطیسی نامتعادل

ظهور ناپیوستگی مگنترون ناپایدار تا حدودی از نقص فوق به دست می آید با معرفی پلاسما در سطح هدف کاتد به محدوده 200-300 میلی متر در مقابل هدف اسپری شدن، به طوری که بستر در پلاسما غوطه ور می شود، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. 1 به این ترتیب، از یک طرف، اتم ها و ذرات برافروخته روی سطح سوبسترا به شکل یک فیلم نازک پوشیده می شوند. از سوی دیگر، پلاسما با یک انرژی خاص، بمباران بستر را انجام می دهد، که به عنوان یک رسوب یونی کمک می کند و کیفیت فیلم را بسیار بهبود می بخشد.