Повышение эффективности охлаждения мишени и коэффициента использования распыляемого материала

Из-за неоднородности электрического и магнитного полей траектория электронов, эмитированных с катода, не является чисто циклоидальной. Однако для удобства аналитического описания в первом приближении можно считать ее близкой к циклоиде (см. рис. 1.22). Электрон, ускоряясь в области ТКП шириной dк по траектории, близкой к циклоидальной, удаляется от катода на расстояние dt и попадает в область плазмы. В общем случае dt>dк.

 

Рисунок 1.22. — Схема разрядного промежутка МРС:

1 – катод-мишень; 2 – траектория вторичного электрона; 3 – электрон;
4 – плазма; 5 – условный анод; 6 – анод; 7 – распыленный атом; 8 – ион.

 

 

 

 

 

Если считать электрическое поле в области ТКП достаточно однородным, то dt=hц:

dt = hц = 2 m Е / е z В2,                                               (1.22)

т. е. электрон удаляется от катода на расстояние двух ларморовских радиусов со скоростью u^=uн=Е/В.

Если dt>>dк, то электрон, получив энергию в ТКП, будет дальше двигаться по ларморовской окружности, и в этом случае dt близко к ларморовскому радиусу, причем

                               (1.23)

где Uк – падение напряжения в области ТКП, В; mе – масса электрона, кг.

Ширина ТКП для случая dt=hц=dк определяется по формуле:

,                                                 (1.24)

где Вк – индукция магнитного поля в области ТКП, Тл. Электроны, которые попадают в магнитную ловушку и не возвращаются на катод, начинают совершать столкновения в плазме, в результате которых (а также колебаний в плазме) перемещаются в сторону анода. Совершив несколько ионизирующих столкновений, электрон теряет энергию и диффундирует к аноду. Область, в пределах которой электрон теряет энергию до уровня, при котором он уже не способен эффективно ионизировать газ, является фактической областью существования плазмы. Граница этой области в разряде МРС по существу является условным (виртуальным) анодом Х0 (рис. 1.22) и определяет границу области локализации плазмы. Положение условного анода приближенно можно определить по формуле:

Х0 = 2 meEUp /W0Bк2 ,                                                          (1.25)

где Е=UK/dK – напряженность электрического поля в прикатодной области, В/м; dK — ширина области катодного падения (формула (1.24)), м; W0 — средняя энергия, затрачиваемая на один акт ионизации (для аргона W0=30 эВ=4,8х10-18 Дж/ион), Дж/ион.

Подставив значение Е и констант в (1.25), получим формулу:

Х0 = 5,4х10-25 UpUк1/2/W0Bк .                                     (1.26)

Для разряда с преимущественным катодным падением потенциала UкUp и при использовании аргона в качестве рабочего газа получаем:

Х0 ≈ 1,13х10-7 Up3/2/ Bк ,                                                          (1.27)

где Bк=(0,6÷0,7)Bmax – среднее значение индукции магнитного поля в области плазмы; Bmax– максимальное значение индукции у распыляемой поверхности мишени, Тл.

1.3.4.3   Совершенствование конструкций МРС

Совершенствование МРС направлено на решение перечисленных выше проблем, связанных:

        с обеспечением эффективного охлаждения распыляемой мишени;

        с низкой равномерностью распыления мишени и невысоким коэффициентом использования распыляемого материала;

        с трудностями изготовления мишеней;

        с обеспечением нанесения равномерного по толщине покрытия.

1    Повышение эффективности охлаждения мишени и коэффициента использования распыляемого материала. Как отмечалось ранее, МРС позволяют достигать высокой плотности тока и удельной мощности на поверхности распыляемой мишени. Однако предельная допустимая мощность определяется условиями охлаждения мишени, теплопроводностью и термостойкостью распыляемого материала. Поэтому условия теплоотвода определяют в итоге скорость нанесения пленки.

Эффективность охлаждения мишени, прежде всего, определяется

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector