Принцип работы магнетронного напыления заключается в том, что электроны сталкиваются с атомами аргона в процессе полета к подложке под действием электрического поля E, в результате чего образуются AR-положительные ионы и новые электроны.
Новые электроны летят к подложке, а ионы Ar под действием электрического поля ускоряются к катодной мишени и бомбардируют поверхность мишени с высокой энергией, что приводит к ее распылению.
С момента появления магнетронного распыления оно получило быстрое развитие и широкое применение, что сильно повлияло на другие методы нанесения покрытий. Так каковы преимущества и недостатки технологии магнетронного распыления?
Преимущества технологии магнетронного напыления:
1. Скорость осаждения высокая, повышение температуры подложки низкое, повреждение пленки небольшое.
2. Для большинства материалов напыление может быть реализовано при условии изготовления скребковых материалов.
3. Пленки, полученные методом напыления, хорошо сочетаются с подложкой.
4. Пленки, полученные методом напыления, обладают высокой чистотой, хорошей компактностью и хорошей однородностью пленкообразования.
5. Процесс напыления имеет хорошую повторяемость, и пленку одинаковой толщины можно получить на подложке большой площади.
6. В то же время, размер частиц пленки можно контролировать, изменяя параметры.
7. Различные металлы, сплавы и оксиды можно смешивать и распылять на подложку одновременно.
8. Легкость индустриализации.
Недостатки технологии магнетронного распыления:
1. Кольцевое магнитное поле, используемое при магнетронном распылении, заставляет вторичные электроны двигаться вокруг кольцевого магнитного поля. Соответственно, область, контролируемая кольцевым магнитным полем, является местом с наибольшей плотностью плазмы.
Мы видим, что распыляющий газ аргон излучает в этой области сильное голубое свечение во время магнетронного распыления, образуя ореол. Мишенью гало является самая серьезная часть, бомбардируемая ионами, которые выплеснут кольцеобразную канавку. Круговое магнитное поле — это орбита движения электронов, наглядно представленная круговым потоком и канавкой.
Как только канавка распыления мишени магнетронного распыления проникнет в мишень, вся мишень будет утилизирована, поэтому коэффициент использования мишени не высок, обычно ниже 40%.
2. Нестабильность плазмы.
3. Невозможно добиться высокоскоростного распыления при низкой температуре сильных магнитных материалов, поскольку практически весь магнитный поток не может пройти через магнитную мишень, поэтому невозможно добавить внешнее усиливающее магнитное поле вблизи поверхности мишени.