Моделирование кинетических параметров плазмы магнетронного разряда в аргоне и дейтерии

• Автор: Обручников, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

Часть 1. Магнетронное распыление.

1.1.1. Теоретические основы магнетронного распыления

1.1.2. Характеристики разрядного промежутка .

1.1.3. Зондовые методы исследования магнетронного разряда..

1.1.4. Вольтамперные характеристики магнетронного разряда

1.1.5. Моделирование магнетронного разряда

1.1.6. Моделирование потоков распыленного вещества

1.1.7. Магнетронное распыление в присутствии реактивного газа.

1.1.8. Заключение.
Часть 2. Тонкие пленки ТО2.
1.2.1. Свойства двуокиси титана.
1.2.2. Электрические свойства двуокиси титана.
1.2.3. Исследования тонких пленок ТЮг.
ГЛАВА 2. Методическая часть.
2.1. Описание экспериментальной установки магнетронного распыления
2.2. Зондовое измерение параметров плазмы магнетронного разряда.
2.3. Конструкция зонда и математическая обработка зондовых характеристик
2.4. Моделирование распределения параметров электронной
компоненты в разряде .
2.5. Алгоритм моделирования разряда в .
2.6. Измерение толщины диэлектрических пленок.
. . V. Л4 .V . V л . .. i
. . . . и . . v VI . Г лI
2.7. Измерение диэлектрических и пьезоэлекгрических параметров пленок ТЮ2, осажденных на сегнетоэлектрическую подложку.
2.8. Оценка погрешности основных измерений и расчетов
ГЛАВА 3. Физические параметры и кинетика процессов в плазме магнетронного разряда.
3.1. Зондовые исследования плазмы
3.2. Моделирование концентраций 4 и Аг 4р состояний в плазме аргона
3.3. Моделирование скорости образования ионов Аг
3.4. Расчет концентрации атомарного дейтерия.
ГЛАВА 4. ПроЦссй образования и свойства тонкйХ пденок ТЮ2 л
получаемых в магнетронном разряде.
4.1. Получение пленок ТЮ2
4.2. Исследование пьезоэлектрических эффектов в пленках ТЮ2
4.3. Исследование диэлектрических свойств пленок ТЮ2.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Новый интерес к явлениям, происходящим в скрещенных Е и В полях, возник в связи с развитием работ по созданию плазменных источников ионов. Было установлено, что в таких системах в результате дрейфа электронов возникает Холловский ток, величина которого практически не зависит от давления, в то время как разрядный ток сильно возрастает с увеличением давления и приложенному к разрядному промежутку напряжения. В случае наложения поперечного магнитного поля на разрядный промежуток можно снизить рабочее давление и напряжение разряда, при этом поток ионов на мишень останется прежним в результате роста концеиграции электронов в разряде. Этот способ технологически более выгоден, нежели обычное катодное распыление. Авторы 1 предложили числено оценивать влияние поперечного магнитного поля при давлении р как эффект повышения давления до величины Р2 в результате замагниченности электронной компонетгы плазмы, т. Р2 Р дГмхУ 1. ГТВ 1. X длина свободного пробега электрона, V средняя скорость электронов, к константа Больцмана, ц заряд электрона, средняя энергия электронов, эВ, Т температура газа, Зе. Например, при РОЛЗРа, Т3К, V0, В0. Тл, давление возрастет до Р25Р, 2. Способ наложения однородного поперечного магнитного поля на плазму в межэлектродном зазоре широко применялся в промышленных установках распыления. Однако, увеличивая производительность процесса, этот способ не дает такого радикального повышения скорости распыления катода, как в случае, где магнитное поле сосредоточено в прикатодной зоне разряда. Подобные системы называются магнетронными распылительными системами , или магнетронами 3. Идея обсуждалась в литературе довольно долго, к примеру, авторы 4 еще в г. Существуют 2 базовые разновидности конструкций планарная и цилиндрическая, названных так по форме катода и множество модификаций 7 , направленных на улучшение потребительских характеристик. Основной целью изменения конструкции является снижение рабочего давления и увеличение коэффициента использования мишени. Реже оптимизируют поток на подложку высокоэнергетических частиц. Эти конструктивные изменения не приводят к качественно иному характеру разряда в таких системах и положения, применяемые при рассмотрении свойств разряда в базовой системе применимы и к ним. В данной работе исследовались процессы в плазме планарного магнетрона. Он более распространен и подавляющее большинство литературных данных о попытках теоретического анализа и расчетов относятся к нему. Принцип действия заключается в применении постоянного магнитного поля для формирования траектории движения элекгронов в области катода мишени в скрещенных электрическом и магнитном полях в виде замкнутой кривой магнитная ловушка. В электроны совершают сложное циклоидальное движение, траектория которого определяется напряженностями полей рис. ГГУГУГУГУГУЛ
Рис. Траектория движения электронов вблизи катода в нланар ном магнетроне и ее плоская развертка . Рис. ПОЛЯ. Совместное действие скрещенных электрического Е и магнитного В полей вызывает дрейф заряженной частицы в направлении, перпендикулярном как Е так и В со скоростью УдЕ В, где Е напряженность электрического поля, Вм. При движении в однородных Е и В полях без начальной скорости траектория частицы представляет собой циклоиду, высота которой равна двум ларморовским радиусам , рис. К2тЕ2 1. В скрещенных Е и В могут существовать и другие типы дрейфовых движений,
например, градиентный и центробежный дрейфы, вызываемые неоднородностью В, искривлением его силовых линий. Скорости частиц, участвующих в подобных видах движения зависят от е и геометрии полей Е и В. Удрv 2 i2i их V 1. В реальной неоднородными являются как электрическое, так и магнитное поля, и поэтому в плазме разряда присутствуют все вышеперечисленные типы дрейфовых движений заряженных частиц. Детальное результаты исследования дрейфа электронов в азимутальном направлении в приведены в . В этой работе зондовым методом исследован дрейф электронов в области подложки. Использовался плоский Лэнгмюровский зонд диаметром 3. Ра. Рядом с осью симметрии была обнаружена двухтемпературная ФРЭЭ.