Планарная магнетронная распылительная система с инжекцией электронов
Назначение и особенности
Планарная магнетронная распылительная система предназначена для распыления металлических проводящих мишеней и дальнейшего осаждения на подложках в условиях высокого вакуума. Снижение нижнего предельного рабочего давления по сравнению со стандартным магнетронным распылением достигается посредством дополнительной инжекции электронов из плазмы эмиттерного разряда с последующим их ускорением в катодном слое магнетронного разряда (изобретение защищено патентом РФ и не имеет мировых аналогов), что обеспечивает дополнительную ионизацию и функционирование планарного магнетронного разряда в области предельно низкого рабочего давления (до 0.5 мТорр), либо увеличение тока (при постоянном напряжении горения разряда) в стандартном диапазоне рабочего давления (2 мТорр и выше).
Инжекция и последующее ускорение электронов в катодном слое магнетронного разряда обеспечивают высокую энергетическую эффективность по сравнению с другими схемами планарных магнетронов с дополнительными ассистирующими разрядами.
Принцип работы
Эмиттер электронов расположен с обратной стороны распыляемой мишени. Инжекция электронов осуществляется через эмиссионную апертуру в центре мишени магнетрона, что обеспечивает прохождение электронов вдоль силовых линий арочного магнитного поля. Использование дополнительного конического отражающего электрода на пути инжектированных электронов исключают вероятность ухода инжектированных электронов в аксиальном направлении и обеспечивает их перераспределение из приосевой области в зону ионизации (т.н. зона рейстрека).
Инжекция электронов обеспечивает кратное увеличение тока магнетронного разряда при фиксированном напряжении горения в стандартной области рабочего давления и сохранение высоких значений тока разряда в области предельно низкого рабочего давления, где самостоятельная форма магнетронного разряда не реализуется.
Основные параметры
| Режим работы | DС / HIPIMS |
| Диаметр мишени | 100-200 мм |
| Ток эмиттерного разряда | 50-200 мА |
| Ток магнетронного разряда | 0.5-5 А |
| Напряжение магнетронного разряда | 100-500 В |
| Рабочие газы | Инертные газы, кислород, азот (добавка в камеру до 15 %) |
| Расход газа | 5-20 см3 ·атм/мин |
| Рабочее давление в камере | 0.3-2 мТорр |
Публикации
- Parameters and ion mass-to-charge composition of a high-power impulse magnetron discharge with electron injection//MV Shandrikov, AA Cherkasov, EM Oks/ Vacuum 2022, 200, 111056 DOI: 10.1016/j.vacuum.2022.111056.
- М. В. Шандриков, Е. М. Окс, А. А. Черкасов. Особенности инжекции электронов из плазмы эмиттерного разряда в планарную магнетронную распылительную систему // Прикладная физика. 2022. №3, cc.17-24. DOI: 10.51368/1996-0948-3-17-24
- Planar magnetron sputtering with supplementary electron injection.// Vacuum 143 (2017) 458e463; doi:10.1016/j.vacuum.2017.02.011
- Ion mass-to-charge ratio in planar magnetron plasma with electron injections.// J. Phys. D: Appl. Phys. 51 415201 (2018); doi: 10.1088/1361-6463/aadbd6
- Planar magnetron discharge with coninement of injected electrons.// Vacuum 192 (2021) 110487; https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110487
