磁控濺射薄膜生長的計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、磁控濺射自20世紀(jì)70年代誕生以來,因較高的沉積率和成膜質(zhì)量而成為薄膜制備的重要手段之一,被廣泛應(yīng)用于集成電路制造、特殊功能材料涂層及材料改性等諸多領(lǐng)域。由于當(dāng)前濺射成膜工藝的控制在很大程度上仍然依賴于實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),因此,模擬研究磁控濺射生長過程,對輔助濺射成膜工藝的實(shí)際操作有著重要的意義。
　　 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,計(jì)算物理方法與傳統(tǒng)的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合日趨緊密。許多國內(nèi)外研究者成功運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬方法探討薄膜的生長機(jī)理

2、,并提出多種模擬手段來重現(xiàn)與薄膜生長相關(guān)的物理過程。然而,磁控濺射中各部分物理過程在空間和時間尺度上跨度較大,這樣多尺度問題的計(jì)算機(jī)模擬并不容易,因此對磁控濺射薄膜沉積全過程模擬的研究報(bào)道并不多見。
　　 本論文建立了一個多尺度模型,對磁控濺射薄膜生長的全過程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。先后利用蒙特卡洛法(MC)、分子動力學(xué)方法(MD)、元胞粒子法(PIC)、嵌入原子法(EAM)和帶電云法(CIC)模擬了濺射原子的產(chǎn)生、傳輸和沉積過程。本

3、論文研究了基板溫度、濺射速率、磁場分布、磁場強(qiáng)度、陰極靶負(fù)偏壓、真空室內(nèi)壓強(qiáng)以及靶材.基板間距對成膜的影響。
　　 模擬結(jié)果顯示,陰極靶負(fù)偏壓對系統(tǒng)到達(dá)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的時間以及離子與電子的能量有明顯的影響。當(dāng)負(fù)偏壓從300V增加到700V時,系統(tǒng)到達(dá)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)所需要的時間減小了一個數(shù)量級,與此同時,離子與電子的平均能量翻了一倍。當(dāng)磁場分布為“flat”型時,靶的粒子流密度曲線以及靶的刻蝕曲線的峰值展寬最寬,并且此時的刻蝕曲線最淺,即靶材利用