Tasapainotetun magnetronpulloaukon konsepti, edut ja haitat

Tasapainotettu magnetronisavertaus on eräänlainen tavanomainen magnetronisputteraus. Kestomagneetti tai magneettikäämi, jolla on tietty magneettikenttä, joka on yhtä suuri tai yhtä lähellä magneetin magneettikenttää, sijoitetaan katodikohdan taakse ja magneettikenttä kohtisuoraan sähkökentän suuntaan muodostetaan kohde. Laskeutumiskammio on täytetty tietyllä työkaasulla, ja tavallisesti se on Ar. Ar-atomi ionisoidaan Ar + -ioneihin ja elektroneihin suurella paineella tuottaen hehku-purkauksen. Ar + -ioni pommittaa tavoite sen jälkeen, kun sähkökenttä on kiihdyttänyt ja sitten leviää tavoiteatomeja, ioneja ja ioneja, sekundaarisia elektroneja jne.

Molemminpuolisesti kohtisuoran sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta elektronit liikkuvat sykloidisesti ja ne jäävät kiinni kohteen pinnalle pidentämään niiden trajektoria plasmaan ja lisäävät niiden osallistumista kaasumolekyylien törmäyksiin ja ionisaatioon sekä ionisoivan enemmän ioneja lisää kaasun ionisaatioprosenttia. Purkaus voidaan pitää alemmassa kaasunpaineessa. Niinpä magnetronpuristus paitsi vähentää kaasun paineen sputterointimenetelmän aikana, mutta myös parantaa sputterointitehokkuutta ja kerrostumisnopeutta.

Tasapainotetulla magnetronisputterilla on kuitenkin myös haittoja. Esimerkiksi magneettikentän takia hehkuvanteen ja sekundaaristen elektronien muodostamat elektronit ovat tiukasti kiinni lähellä tavoitepintaa rinnakkaisella magneettikentällä, ja plasman alue on voimakkaasti rajattu noin 60 mm: n alueella kohdepinta, plasmakonsentraatio pienenee nopeasti, kun etäisyys kohdepinnasta kasvaa. Tällä hetkellä työkappale voidaan sijoittaa vain 50-100 mm: n etäisyyksiin, jotta ionipommituksen vaikutus paranee. Tällainen lyhyt tehokas päällystysalue rajoittaa pinnoitettavan työkappaleen geometriset mitat, joten se ei sovellu suurille työkappaleille tai erän kuormitukselle, mikä rajoittaa magnetronin sputterointitekniikan käyttöä. Tasapainotetun magnetronisputteroinnin tapauksessa ulosvetettyjen kohdepartikkeleiden energia on alhainen ja kalvopohjan sitoutumislujuus on huono. Alhaisen energian laskeuma-atomeilla on alhainen liikkuvuus substraatin pinnalla ja helposti luodaan kalvo huokoisella ja karkealla pylväsrakenteella. Työkappaleen lämpötilan nostaminen voi varmasti parantaa kalvon rakennetta ja suorituskykyä, mutta usein työkappalemateriaali ei kestä kovaa lämpötilaa.

Kuva 1 (a) Tasapainotettu magnetronisavertaus (b) Epäsymmetrinen magnetronisputteraus

Epäsymmetrisen magnetronisputteroinnin syntyminen osittain voittaa edellä mainitut haitat esittämällä plasman katodikohdepinnalle 200-300 mm: n etäisyydelle sputterointitavoitteen eteen, niin että substraatti upotetaan plasmaan, kuten kuviossa 2 on esitetty. 1. Tällä tavoin toisiinsa sumutetut atomit ja hiukkaset sijoitetaan substraatin pinnalle ohuen kalvon muodostamiseksi. Toisaalta plasmo pommittaa substraattia tietyn energian avulla, joka toimii ioninvaihdon avusteisena kerrostumana ja parantaa huomattavasti kalvon laatua.