Nguyên tắc làm việc và chế độ của xung Magnetron phún xạ

Xung phún xạ xung được sử dụng nguồn điện xung với điện áp sóng hình chữ nhật thay vì nguồn cung cấp điện DC thông thường cho lắng đọng phún xạ magnetron. Công nghệ phún xạ magnetron đẩy có hiệu quả có thể ngăn chặn việc tạo vòng cung và sau đó loại bỏ các khuyết tật lớp phủ kết quả. Đồng thời, nó có thể làm tăng tỷ lệ lắng đọng phún xạ và giảm nhiệt độ lắng đọng.

Các xung có thể được chia thành các xung hai chiều và các xung đơn hướng (như trong Hình 1). Xung hai chiều có hai pha trong một chu kỳ: điện áp dương và điện áp âm. Trong phân khúc điện áp âm, nguồn cấp điện hoạt động cho mục tiêu phún xạ của mục tiêu. Và trong phân khúc điện áp dương, các electron được giới thiệu để trung hòa điện tích dương tích lũy trên bề mặt mục tiêu, và làm cho bề mặt sạch sẽ để lộ bề mặt kim loại. Điện áp xung được áp dụng cho mục tiêu cũng giống như điện áp của máy phát xạ magnetron nói chung (400-500V). Sự phún xạ magnetron xung thường sử dụng dạng sóng xung sóng vuông. Sự phóng điện hồ quang bất thường có thể được loại bỏ một cách hiệu quả trong dải tần số trung bình (20-200 kHz), và thời gian xả mục tiêu được kiểm soát để đảm bảo mục tiêu không bị nhiễm độc và không xảy ra xung lực, sau đó ngắt điện áp đích hoặc thậm chí làm cho mục tiêu tích cực bị tính phí. Bởi vì vận tốc của các electron trong plasma cao hơn vận tốc ion nhiều, nên điện áp dương của mục tiêu thường chỉ yêu cầu 10% đến 20% độ lệch âm, và lưu lượng hồ quang có thể được ngăn chặn. Nó được coi là chiều rộng xung (tỷ lệ điện áp dương và âm) đóng một vai trò quan trọng, độ rộng xung của 1: 1 có tác dụng triệt tiêu tốt nhất. Điện áp dương không ảnh hưởng đáng kể đến việc xả hồ quang xảy ra, nhưng nó ảnh hưởng lớn đến tốc độ lắng đọng. Nếu điện áp dương tăng từ 10% đến 20% (tỷ số với điện áp âm), tỷ lệ lắng đọng sẽ tăng lên 50%.

Nguyên tắc làm việc của xung magnetron phún xạ

Hình 1 (a) Xung một chiều (b) Xung hai chiều

Các xung hai chiều thường được sử dụng cho các hệ thống phún xạ magnetron không cân bằng hai mục tiêu như trong Hình 2, hai mục tiêu magnetron được kết nối với cùng một nguồn điện xung trong hệ thống, tương tự như mục tiêu đôi MF, hai mục tiêu luân phiên hoạt động như cực âm và cực dương, khi mục tiêu catốt bị phún xạ, đích cực dương làm sạch bề mặt, do đó việc thay đổi định kỳ cực của mục tiêu magnetron tạo ra hiệu ứng "tự làm sạch".

Các thông số chính của phún xạ magnetron xung bao gồm điện áp phún xạ, tần số xung và tỷ số nhiệm vụ. Vì các electron trong plasma có khả năng cao hơn so với các ion, nên giá trị điện áp dương chỉ cần 10% đến 20% giá trị điện áp âm để trung hòa hiệu quả các điện tích dương tích lũy trên bề mặt mục tiêu. Tần số xung thường ở dải tần số giữa. Giới hạn tần số thấp hơn được xác định bởi giá trị tới hạn thấp hơn cường độ trường phân tích để đảm bảo sự hình thành cường độ trường bằng điện tích lũy trên bề mặt đích. Và giới hạn trên được xác định bởi tỷ lệ lắng đọng. Nói chung, tần số thấp hơn được đề xuất dưới tiền đề đảm bảo xả ổn định. Đối với chu kỳ nhiệm vụ, dưới tiền đề của điện tích tích lũy trên bề mặt mục tiêu có thể được trung hòa hoàn toàn trong pha điện áp dương trong quá trình phún xạ, chu kỳ nhiệm vụ cần phải tăng càng nhiều càng tốt để đạt hiệu suất cung cấp điện tối đa.

Hình 2 Sơ đồ giản đồ phún xạ xung hai chiều

Có một sự phát triển mới, áp dụng thiên vị xung cho bề mặt. Xu hướng bị đẩy có thể làm tăng đáng kể dòng ion trên bề mặt. Trong phún xạ magnetron, độ lệch âm DC thường được áp dụng cho -100 V, và chùm ion nền được bão hòa. Tăng độ lệch âm không làm tăng dòng ion của chất nền. Dòng bão hòa này thường được coi là dòng ion. Và các electron không thể truy cập bề mặt của chất nền. Nhưng việc sử dụng sai lệch xung có thể khắc phục tình trạng thiếu hụt này, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng xu hướng xung không chỉ có thể cải thiện dòng bão hòa của chất nền mà còn tăng cường độ bão hòa khi điện áp âm tăng. Khi tần số xung tăng lên, hiệu ứng này có ý nghĩa hơn. Độ lệch tiêu cực xung được cung cấp cung cấp một phương pháp mới để kiểm soát hiệu quả mật độ hiện tại của chất nền. Hiệu ứng này có thể được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc màng và độ bám dính, và rút ngắn thời gian làm sạch phún xạ và làm nóng bề mặt.