Разработка установки для магнетронного ионно-плазменного напыления покрытий

Студ. Волосюк А. Н., к.т.н. доц. Алексеев И.С.

Основы технологии

Принцип магнетронного распыления основан на образовании над поверхностью катода кольцеобразной плазмы в результате столкновения электронов с молекулами газа (чаще всего аргон). Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивая из неё частицы материала.

На рисунке 1 изображено как тяжелый ион аргона (белый шарик) разгоняется в электрическом поле и выбивает атом материала (красный шарик), который высаживается на поверхности подложки, образуя на ее поверхности пленку.

    

art14-021

Рисунок 1 – Схема процесса

     

Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде плёнки на подложке, а также частично рассеиваются на молекулах остаточных газов или осаждаются на стенках рабочей вакуумной камеры.

При столкновении ионов с поверхностью мишени происходит передача момента импульса материалу. Падающий ион вызывает каскад столкновений в материале. После многократных столкновений импульс доходит до атома, расположенного на поверхности материала, и который отрывается от мишени и высаживается на поверхности подложки. Среднее число выбитых атомов на один падающий ион аргона называют эффективность процесса и зависит от угла падения, энергии и массы иона, массы испаряемого материала и энергии связи атома в материале. В случае испарения кристаллического материала эффективность также зависит от расположения кристаллической решетки.

Для эффективной ионизации аргона, распыляемый материал (мишень) размещают на магните (рисунок 2). В результате эмиссионные электроны, вращающиеся вокруг магнитных силовых линий, локализуются в пространстве и многократно сталкиваются с атомами аргона, превращая их в ионы.

При бомбардировке поверхности мишени ионами генерируются несколько процессов:

– ионное (катодное) распыление материала мишени;

– вторичная электронная эмиссия;

– десорбция газа;

– имплантация дефектов;

– ударная волна;

– аморфизация.

Магнетронное распыление, позволяет получать высокую плотность ионного тока, а значит, и высокие скорости распыления при относительно низких давлениях.

   

art14-022

Рисунок 2 – Схема размещения мишени

     

Пример установки для магнетронного напыления

На рисунке 3 представлен общий вид установки для магнетронного распыления (производитель AJA International, Inc, США).

   

art14-023

Рисунок 3 – Внешний вид установки

    

На рисунке 4 изображен вид внутри камеры с магнетронным распылителем (показаны 6 мишеней и заслонки).[2]

    

art14-024

Рисунок 4 – Вид внутри камеры

     

Конструкция установки

В ходе выполнения индивидуального задания была разработана конструкция установки (которая находится в дальнейшей разработке) для нанесения металлизированных покрытий для текстильных материалов. 3dконструкция установки представлена на рисунке 5.

Весь процесс происходит в условиях высокого вакуума, что вызывает необходимость высокой прочности корпуса, во избежание его разрушения.

    

art14-025

Рисунок 5 – 3D конструкция установки

     

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – место под магнетрон; 4 – барабан; 5 – поддерживатель; 6 – бобина; 7 – перемоточное устройство


Опубликовано в сборнике материалов докладов XLVII Научно-технической конференции преподавателей и студентов УО «ВГТУ», 2014 г.

УДК 677.494.7