平面磁控濺射靶的優(yōu)化設計及膜厚均勻性分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在真空鍍膜中,磁控濺射以濺射溫度低、沉積速率高的特點廣泛應用于各種薄膜制造中,在科研領域以及工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。磁控濺射靶作為鍍膜設備的核心部件,直接影響著濺射工藝的穩(wěn)定性以及膜層的均勻性。而傳統(tǒng)的磁控濺射靶往往存在靶面水平磁場分布不均,冷卻系統(tǒng)換熱效率低以及膜厚均勻性差等問題。針對這些問題,本文在現(xiàn)有研究的基礎上,對小圓平面磁控濺射靶進行優(yōu)化設計以及膜厚均勻性分析,改進了靶材性能和薄膜質(zhì)量,對實際生產(chǎn)具有一定的參考價值和指

2、導意義。主要的研究工作如下:
  (1)在濺射鍍膜及直流輝光放電理論的基礎上,建立了濺射系統(tǒng)的二維氬氣直流輝光放電模型,利用Comsol5.2對直流輝光放電過程進行模擬,得到了電子和重粒子隨時間變化的空間分布以及放電穩(wěn)定時電勢和電場的分布規(guī)律,結合模擬結果對放電特性進行分析,并利用輝光放電的相關理論基礎驗證了模型的正確性。
 ?。?)在直流輝光放電模擬及傳統(tǒng)圓平面磁控濺射靶結構的基礎上,提出了雙環(huán)磁控濺射靶結構。為得到理想的

3、靶面水平磁場分布,利用Comsol5.2軟件對靶面磁場進行模擬,并提出了加裝導磁片的優(yōu)化模型。模擬結果顯示:當內(nèi)磁環(huán)高度h=10mm、外磁環(huán)與靶材間距d=7mm時,靶面水平磁感應強度分布較為理想;通過選用合適的導磁片長度、厚度以及導磁片與磁環(huán)之間的間距,可極大程度上改善靶材的水平磁場分布。
 ?。?)為保證磁控濺射過程的穩(wěn)定性及靶材的正常溫度,根據(jù)雙環(huán)磁控濺射靶的結構特點提出了新的冷卻結構。利用Fluent對冷卻系統(tǒng)的換熱進行模擬

4、,并通過改變冷卻通道結構以及進出口的方向來進行優(yōu)化設計。模擬結果顯示:平面冷卻通道的換熱效果優(yōu)于蛇形冷卻通道,且靶表面凸起結構能有效增加水流湍流效果;對于任意冷卻結構來說,隨著入口水流速度的增加,靶表面最高溫度明顯降低;水流進出口沿著冷卻內(nèi)腔切向方向且呈相對平行時,冷卻系統(tǒng)的換熱效果最優(yōu),靶表面溫度分布也更均勻。
  (4)為實現(xiàn)小靶材在大面積基片上的均勻鍍膜,提出了一種新的磁控濺射鍍膜方法,將傳統(tǒng)的固定靶基工況改為靶材沿基片徑向

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