Структура нераспыляющего магнетронного разряда

• Автор: Казиев, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Импульсные газовые разряды низкого давления

в магнитном поле

1.1 Режимы магнетронного разряда

1.2 Процессы перехода тлеющего (магнетронного) разряда

в дуговой режим

1.3 Исследования разрядов магнетронного типа

1.3.1 Особенности динамики разрядов магнетронного типа

1.3.2 Зондовые измерения в магнитном поле

1.3.3 Измерения энергетических распределений частиц

1.4 Выводы
2 Экспериментальная установка
2.1 Разрядные устройства
2.1.1 Планарный магнетрон
2.1.2 Устройство с профилированными электродами
2.2 Система электрического питания разряда
2.3 Вакуумная система
2.4 Комплекс зондовой диагностики
2.4.1 Импульсные электрические зонды
2.4.2 Электростатический энергоанализатор
2.4.3 Магнитные зонды
2.5 Комплекс оптической диагностики
2.5.1 Высокоскоростная оптическая съёмка

2.5.2 Оптическая эмиссионная спектроскопия
3 Экспериментальное исследование НРМР
3.1 Устойчивые режимы НРМР
3.2 Моделирование начальной стадии НРМР
3.3 Распределение параметров плазмы
3.4 Измерения с помощью энергоанализатора
3.4.1 Конструкция энергоанализатора
3.4.2 Энергетические распределения ионов
3.5 Высокоскоростная визуализация процессов в плазме
3.6 Спектроскопия плазмы
4 Обсуждение результатов
и создание феноменологической модели
4.1 Высокочастотные периодические процессы
4.2 Модель низкочастотных периодических процессов
4.3 Значение НРМР в технологии
Заключение
Литература

Некоторые принятые обозначения и сокращения
d расстояние между электродами
das, dcs толщина: анодного слоя, катодного слоя
£е, Si кинетическая энергия: электрона, иона
lésât; hsat ток насыщения: электронный, ионный
Ico 1 ток в цепи коллектора
/а ток разряда
j плотность тока
me,nii, т& масса: электрона, иона, нейтральной частицы
п плотность плазмы
го радиус Дебая
^Le,TLi радиус Лармора: электрона, иона
Те температура электронов
Ua потенциал анода (относительно потенциала земли)
Uв.п потенциал анализирующей сетки
Uas, Ucs падение потенциала: анодное, катодное
Uc потенциал катода (относительно потенциала земли)
f7d напряжение горения разряда
Ь плавающий потенциал
t/pi потенциал плазмы
Ае, А; длина свободного пробега: электрона, иона
HiPIMS high-power impulse magnetron sputtering (I)-PVD (ion-assisted) physical vapor deposition MPC магнетронная распылительная система
HPMP нераспыляющий магнетронный разряд
СИМР сильноточный импульсный магнетронный разряд
СДР сильноточный диффузный разряд
ЭОК электронно-оптическая камера

предлагают определить соотношение 1н//е по всему сечению разрядного промежутка, т. к. локально оно может достигать гораздо больших значений. Авторы [36] ссылаются на более ранние работы: [32], рассмотренную выше, и [37], где с помощью плоского зонда, работавшего в области электронного насыщения при его ориентации по и против азимутального направления, используя простую модель собирания электронов на зонде, учеными получена зависимость азимутальной дрейфовой скорости от расстояния до катода (0,2-4 см) над зоной максимальной эрозии. Максимальное значение этой скорости ин = 7 • 104 м/с, что соответствует ун/уіь = 0,05-0,2.
Авторами [36] рассматривается модель холловского тока в магнетрон-ных системах. Для замагниченных электронов дрейф ведущего центра в скрещенных полях есть:
Е х в .л

Движение этих электронов приводит к протеканию тока в азимутальном направлении с плотностью _)н = епЕ/В, где п — плотность плазмы. Предположим, что плотность электронного тока однородна по сечению плазменного образования, и электроны переносят полный разрядный ток Ое = За)- Плотность тока разряда ]і = а і Е, где сг± — электрическая проводимость поперек магнитного поля. Классическое выражение для поперечной проводимости: сг± = сто/(1 Есо2/и2), где сто — е2п/ти — проводимость вдоль силовых линий магнитного поля (что то же самое, в отсутствие магнитного поля), со — еВ/т — электронная циклотронная частота, а и — частота столкновений электрона, усредненная по разрядной области. В приближении сильного магнитного поля со2/и2 » 1, Зі — епЕи/Вио, следовательно,
Зн=За~- (1-5)

Авторы [36] оценивают со/и для своей установки: Вг — 300 Гс, р — 0,26 Па => со = 5 • 10° с-1, и = 1,2 • 107 с-1. Подстановка этих значений дает эц/э& ~ 500.
На рис. 1.14 показаны осевые распределения потенциала плазмы над