مگنترون کاتدهای غیرتعادلی

مگنترون کاتدهای غیرتعادلی

مگنترون کاتدهای تعادلی و غیرتعادلی در سیستم‌های اسپاترینگ دارای مزایا و معایبی هستند که در مطلب “مگنترون اسپاترینگ تعادلی و غیرتعادلی” به آن‌ها اشاره شده است.

تفاوت مگنترون کاتدهای تعادلی و غیرتعادلی

خطوط میدان در میدان‌های مغناطیسی تعادلی بر روی کاتد بسته شده و حرکت ذرات باردار پلاسما (الکترون‌ها و یون‌ها) به سطح هدف محدود می‌شود. این نوع کاتدها بیشتر در تهیه لایه‌های با اصطکاک کم کاربرد دارند. در میدان‌های مغناطیسی غیرتعادلی خطوط میدان به سمت زیرلایه گسترده می‌شوند و ذرات باردار زیرلایه را بمباران می‌کنند.

چنین پدیده‌ای بر ساختار سطح لایه نازک، میزان چسبندگی آن به زیرلایه تاثیر می‌گذارد و  معمولا در تمیزسازی سطوح و تهیه لایه‌های سخت کاربرد دارد. از آنجا که در مورد کاتدهای تعادلی مطالب زیادی گفته شده است، در این مطلب مگنترون کاتدهای غیرتعادلی و ویژگی‌هایشان بررسی می‌شوند.

درجه غیرتعادلی بودن میدان مغناطیسی

برای تعیین میزان غیرتعادلی بودن یک کاتد میتوان یک متغیر هندسی مانند g تعریف نمود که به صورت نسبت Z_Bz=0:W_۱/۲ تعریف می‌شود.. در این رابطه، Z_Bz=0 فاصله هدف تا مکان با میدان مغناطیسی صفر (نقطۀ صفر) – مکانی که مولفه عمود بر سطح هدف میدان مغناطیسی تغییر جهت می‌دهد – و W_۱/۲ معادل نصف عرض هدف است. این متغیرها در شکل ۱ نمایش داده شده‌اند [۱].

با توجه به اندازه g، میتوان درجات غیرتعادلی بودن کاتد مگنترون را از بسیار تعادلی تا بسیار غیرتعادلی تعریف نمود. این درجات در جدول ۱، با توجه به تصویر میدان‌های مغناطیسی ایجاد شده توسط کاتد در شکل ۲، قابل تعریف هستند. درجات مختلف کاتد غیرتعادلی نشان‌دهنده آن هستند که الکترون-یون‌های تولید شده در پلاسما تا چه حد توانایی خروج از پلاسمای روی سطح هدف و رسیدن به نقطه فرار را دارند.

شکل ۳. نسبت یون به اتم برای ضرایب مختلف K_G

همچنین، درجه غیرتعادلی بودن یک میدان مغناطیسی را میتوان با اندازه‌گیری ضریب هندسی غیرتعادلی با رابطه K_G= Z_Bz=0:2R_erosion مشخص کرد که در این رابطه R_erosion شعاع ناحیه خوردگی هدف است. با این معیار مقدار K_G برای میدان‌های مغناطیسی تعادلی بزرگتر از ۳ است. نسبت یون به اتم رسیده به زیرلایه با افزایش K_G کاهش می‌یابد (شکل ۳) [۲].

تولید مگنترون کاتدهای غیرتعادلی صنعتی

شرکت‌های مختلفی مانند Gencoa و Angstrom مگنترون کاتدهای غیرتعادلی متفاوتی تولید می‌کنند که برای مقاصد صنعتی و تحقیقاتی قابل استفاده هستند. در شکل ۴ پلاسمای تولید شده توسط مگنترون کاتدهای تولید شده توسط شرکت Angstrom مشاهده می‌شود.

کنترل میدان مغناطیسی در کاتدها به روش‌های گوناگونی امکان‌پذیر است. به عنوان مثال در مگنترون‌ کاتدهای شرکت ‌Gencoa، قدرت میدان مغناطیسی بر روی هدف، توسط حرکت دادن قطب‌های داخلی و خارجی آهنربا به صورت مستقل و یا چرخش قطب‌های آهنریا (شکل ۵) تنظیم می‌شود تا قدرت بمباران یونی زیرلایه در حین لایه‌نشانی کنترل شود.

مگنترون کاتدهای تعادلی و غیرتعادلی دستگاه‌های پوشش‌های نانوساختار

مگنترون کاتدهای مورد استفاده در شرکت پوشش‌های نانوساختار دارای آهنرباهای دائمی هستند که میدان مغناطیسی یکنواخت و پایداری را برای تولید پلاسما فراهم می‌کنند. شرکت پوشش‌های نانوساختار قابلیت ساخت کاتدهای مگنترون تعادلی و غیرتعادلی مطابق درخواست مشتری برای ایجاد شرایط لایه‌نشانی متنوع را داراست.

شرکت پوشش‌های نانوساختار در زمینه طراحی و ساخت دستگاه‌های لایه‌نشانی برای تهیه لایه‌های نازک در خلاء به روش‌های اسپاترینگ، لایه‌نشانی بخار فیزیکی و لایه‌نشانی لیزر پالسی فعالیت می‌کند. متخصصان حوزه‌های مختلف در این شرکت گرد هم آمده‌اند و با تولید محصولات باکیفیت و کارآمد، در راستای پیشبرد علم و فناوری تلاش می‌کنند.

محصولات شرکت پوشش‌های نانوساختار شامل دستگاه‌های لایه‌نشانی اسپاترینگ به روش مگنترون اسپاترینگ، با امکان استفاده از سه مگنترون کاتد و همچنین تبخیر حرارتی (DST3 و DST3-T)، دستگاه لایه‌نشانی رومیزی تک‌کاتده با پمپ توربومولکولار در حجم‌های مختلف محفظه (DST1-170 و DST1-300) و دستگاه اسپاترینگ رومیزی با پمپ روتاری DSR1 می‌باشند.

از دیگر محصولات پر مخاطب شرکت پوشش‌های نانوساختار، میتوان از دستگاه‌های اسپاترینگ ترکیبی نام برد که علاوه بر روش اسپاترینگ، از لایه‌نشانی کربن نیز برای ساخت لایه‌های نازک استفاده می‌کنند. دستگاه‌های DSCR و DSCR-300 با پمپ روتاری و دستگاه‌های DSCT و DSCT-T با استفاده از پمپ توربومولکولار شرایط خلاء لازم برای لایه‌نشانی را فراهم می‌کنند.

از مهم‌ترین کاربردهای این دستگاه‌ها،میتوان به آماده‌سازی نمونه‌های SEM اشاره کرد به همین دلیل از انواع دستگاه های لایه‌نشان میکروسکوپ الکترونی نیز به شمار می‌روند. برای کسب اطلاعات بیشتر لطفا به سایت این شرکت مراجعه فرمایید.

منابع

1. https://www.gencoa.com/resources/documents/gencoa-magnetic-options-SVC.pdf
2. Olaya, J. J., S. E. Rodil, and S. Muhl. Comparative study of niobium nitride coatings deposited by unbalanced and balanced magnetron sputtering. Thin Solid Films 516.23 (2008) 8319-8326.
3. Svadkovski, I. V., D. A. Golosov, and S. M. Zavatskiy. “Characterisation parameters for unbalanced magnetron sputtering systems.” Vacuum 68.4 (2002): 283-290.
4. https://www.angstromsciences.com/Angstrom_Sciences_Awarded_New_Patent_2001
5. https://www.gencoa.com/resources/documents/comparison-balanced-unbalanced-array-designs.pdf