Bei der Magnetfeldzerstäubung eines Gleichstrommagnetrons wird ein Magnetfeld eingesetzt, um die Effizienz des Sputterprozesses zu erhöhen.
Dies geschieht durch das Einfangen von Elektronen in der Nähe der Target-Oberfläche.
Dadurch werden die Ionisierung des Gases und die Abscheidungsrate der Dünnschicht erhöht.
5 Schlüsselpunkte zum Verständnis des Magnetfeldsputterns mit einem DC-Magnetron
1. Mechanismus des Sputterns
Beim Gleichstrom-Magnetron-Sputtern wird mit Hilfe einer Gleichstromquelle ein Plasma in der Nähe des Zielmaterials erzeugt.
Das Plasma besteht aus Gasionen, die mit dem Target zusammenstoßen und Atome herauslösen, die dann in die Gasphase geschleudert werden.
Dieser Prozess ist grundlegend für die Abscheidung dünner Schichten.
2. Die Rolle des Magnetfeldes
Das Hinzufügen eines Magnetfeldes ist beim Magnetronsputtern von entscheidender Bedeutung.
Dieses Feld ist hinter der Kathodenplatte angeordnet und wirkt mit dem elektrischen Feld zusammen, um die Ladungsträger (Elektronen) auf zykloide Bahnen abzulenken.
Durch diese Bewegung erhöht sich die Zeit, die die Elektronen in der Nähe des Targets verbringen, wodurch die Ionisierung des Gases verstärkt wird.
Die Ionen werden aufgrund ihrer größeren Masse weniger durch das Magnetfeld beeinflusst und treffen in erster Linie auf das Target direkt darunter, was zur Bildung der für das Magnetronsputtern typischen Erosionsgräben führt.
3. Erhöhung der Sputtering-Rate
Das Magnetfeld erhöht nicht nur die Ionisierungseffizienz, sondern auch die Sputterrate.
Dies wird durch eine Formel quantifiziert, die Faktoren wie die Ionenflussdichte, die Anzahl der Targetatome, das Atomgewicht, den Abstand zwischen Target und Substrat sowie die Geschwindigkeiten der gesputterten Atome berücksichtigt.
Durch die erhöhte Ionisierung kann der Prozess im Vergleich zum herkömmlichen Sputtern mit niedrigeren Drücken und Spannungen durchgeführt werden.
4. Einschluss von Plasma und Sekundärelektronen
Die Magnetfeldkonfiguration beim Magnetronsputtern ist so ausgelegt, dass das Plasma und die Sekundärelektronen in der Nähe des Targets eingeschlossen werden.
Dadurch wird verhindert, dass die Elektronen das Substrat erreichen und die abzuscheidende Dünnschicht möglicherweise beschädigen.
Die Magnetfeldlinien werden strategisch angeordnet, um diesen Einschluss zu optimieren, wobei sich Variationen in der Konfiguration auf die Ionisierungseffizienz und die Abscheidungsrate auswirken.
5. Arten des Magnetronsputterns
Es gibt verschiedene Konfigurationen des Magnetronsputterns, darunter das symmetrische und das unsymmetrische Magnetronsputtern.
Bei balancierten Konfigurationen ist das Plasma auf den Zielbereich beschränkt, während bei unbalancierten Konfigurationen einige Magnetfeldlinien auf das Substrat gerichtet sind, was die Gleichmäßigkeit der Abscheidung beeinflusst.
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