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磁约束磁控溅射源的特性测试

作　者: 雷琳娜
导　师: 弥谦
学　校: 西安工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 磁约束 磁控溅射源 特性测试 朗缪尔探针 等离子体诊断
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 55次
引　用: 1次
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内容摘要


目前,磁控溅射技术已经广泛应用在表面改性、装饰薄膜、光学薄膜、超导薄膜以及功能薄膜等的制备中。其中,非平衡磁控溅射的离子(原子)能量比热蒸发高10-100倍,改善膜层性能的同时也使膜层特性趋于大块材料。由于传统的平面磁控溅射在沉积薄膜的过程中主要在跑道环的区域溅射,靶材利用率只有20%-30%,生产成本居高不下。为此,许多研究单位和学者都从不同角度提出了自己的设计,靶材利用率有所提高,同时也造成了磁控溅射源结构复杂,溅射速率下降等问题。而磁约束磁控溅射源将磁约束磁场约束等离子体的原理应用在磁控溅射技术中,是一款新型的磁控溅射源。本文对磁约束磁控溅射源的实验装置进行了研究,通过磁约束磁场的有限元模拟、实验装置的安装、电磁场与气路的调试、靶面磁感应强度的测量、靶工作特性的测试,掌握了磁约束磁控溅射源的基本性能。并且使用朗缪尔探针对实验装置的放电等离子体进行了诊断,探索了工艺参数与等离子体电子温度、离子密度、等离子电位等参数的关系,并诊断和分析了靶面上方放电等离子体的空间分布特性。实验研究结果表明：磁约束磁控溅射源的电场和磁场的相对位置决定了靶面溅射的区域和均匀性；对实验装置的工作特性测试表明磁控溅射源稳定工作的电压范围是300-800V,靶电流可达到1.2A,最高工作真空度为2Pa；朗缪尔探针性能稳定,在靶面大于60%的区域,等离子体密度值在2.4×1011cm-3和3×1011cm-3之间,梯度较小,是适合大面积均匀沉积所需要的等离子体分布；等离子体被约束的范围可以延伸到距离靶面150mm处,在沉积薄膜的过程中可以起到离子束辅助沉积的作用,具有非平衡磁控溅射的效果。本文的研究工作为磁约束磁控溅射源实验装置的进一步改进提供了重要的参考价值和实验结果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题研究的背景及意义  8
  1.2 磁控溅射技术的发展历程与现状  8-15
    1.2.1 磁控溅射技术的发展历程  8-9
    1.2.2 磁控溅射技术的发展现状  9-15
  1.3 课题研究内容  15
  1.4 本文内容安排  15-17
2 磁约束磁控溅射源的工作原理  17-31
  2.1 气体放电与等离子体  17-24
    2.1.1 气体放电中的基本过程与分类  19-20
    2.1.2 等离子体的基本概念与性质  20-22
    2.1.3 低温等离子体与成膜  22-24
  2.2 磁约束磁控溅射源的工作原理  24-31
    2.2.1 磁控溅射原理  24-28
    2.2.2 磁约束原理及应用  28-29
    2.2.3 磁约束磁控溅射源的结构与工作原理  29-31
3 磁约束磁控溅射源的安装与调试  31-38
  3.1 磁约束磁控溅射源实验平台  31
  3.2 磁约束磁控溅射源的安装  31-32
  3.3 磁约束磁控溅射源的调试  32-37
    3.3.1 靶的磁场调试  32-35
    3.3.2 靶的气路调试  35
    3.3.3 靶的电场调试  35-37
  3.4 小结  37-38
4 磁约束磁控溅射源的工作特性  38-43
  4.1 磁约束磁控溅射源的磁场分析  38-40
    4.1.1 磁控溅射源对磁场的基本要求  38
    4.1.2 磁场的有限元分析与测量  38-40
  4.2 磁约束磁控溅射源伏安特性  40-41
  4.3 工作真空度与靶电压之间的关系  41-42
  4.4 小结  42-43
5 等离子体的诊断  43-65
  5.1 等离子体诊断方法  43-48
    5.1.1 接触法  43-46
    5.1.2 非接触法  46-48
  5.2 实验装置及诊断原理  48-56
    5.2.1 朗缪尔探针工作中的基本概念  48-50
    5.2.2 朗缪尔探针的制作  50-54
    5.2.3 朗缪尔探针的工作原理  54-56
  5.3 工艺参数与放电等离子体参数的关系  56-59
    5.3.1 真空度和靶电流对等离子体密度的影响  57-58
    5.3.2 真空度和靶电流对等离子体电子温度的影响  58-59
    5.3.3 真空度和靶电流对等离子体电位的影响  59
  5.4 等离子体参数的空间分布特性  59-64
    5.4.1 磁场对等离子体参数的影响  60-62
    5.4.2 等离子体参数的空间分布  62-64
  5.5 小结  64-65
6 结论  65-68
  6.1 结论  65
  6.2 后期展望  65-68
参考文献  68-71
攻读硕士期间发表论文  71-72
致谢  72-74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 薄膜技术
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