平面磁控濺射靶的優(yōu)化設(shè)計(jì)及膜厚均勻性分析.pdf

1、在真空鍍膜中，磁控濺射以濺射溫度低、沉積速率高的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種薄膜制造中，在科研領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。磁控濺射靶作為鍍膜設(shè)備的核心部件，直接影響著濺射工藝的穩(wěn)定性以及膜層的均勻性。而傳統(tǒng)的磁控濺射靶往往存在靶面水平磁場(chǎng)分布不均，冷卻系統(tǒng)換熱效率低以及膜厚均勻性差等問題。針對(duì)這些問題，本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)小圓平面磁控濺射靶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及膜厚均勻性分析，改進(jìn)了靶材性能和薄膜質(zhì)量，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值和指

2、導(dǎo)意義。主要的研究工作如下：
　　（1）在濺射鍍膜及直流輝光放電理論的基礎(chǔ)上，建立了濺射系統(tǒng)的二維氬氣直流輝光放電模型，利用Comsol5.2對(duì)直流輝光放電過程進(jìn)行模擬，得到了電子和重粒子隨時(shí)間變化的空間分布以及放電穩(wěn)定時(shí)電勢(shì)和電場(chǎng)的分布規(guī)律，結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)放電特性進(jìn)行分析，并利用輝光放電的相關(guān)理論基礎(chǔ)驗(yàn)證了模型的正確性。
　　（2）在直流輝光放電模擬及傳統(tǒng)圓平面磁控濺射靶結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了雙環(huán)磁控濺射靶結(jié)構(gòu)。為得到理想的

3、靶面水平磁場(chǎng)分布，利用Comsol5.2軟件對(duì)靶面磁場(chǎng)進(jìn)行模擬，并提出了加裝導(dǎo)磁片的優(yōu)化模型。模擬結(jié)果顯示：當(dāng)內(nèi)磁環(huán)高度h=10mm、外磁環(huán)與靶材間距d=7mm時(shí)，靶面水平磁感應(yīng)強(qiáng)度分布較為理想；通過選用合適的導(dǎo)磁片長(zhǎng)度、厚度以及導(dǎo)磁片與磁環(huán)之間的間距，可極大程度上改善靶材的水平磁場(chǎng)分布。
　?。?）為保證磁控濺射過程的穩(wěn)定性及靶材的正常溫度，根據(jù)雙環(huán)磁控濺射靶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了新的冷卻結(jié)構(gòu)。利用Fluent對(duì)冷卻系統(tǒng)的換熱進(jìn)行模擬

4、，并通過改變冷卻通道結(jié)構(gòu)以及進(jìn)出口的方向來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。模擬結(jié)果顯示：平面冷卻通道的換熱效果優(yōu)于蛇形冷卻通道，且靶表面凸起結(jié)構(gòu)能有效增加水流湍流效果；對(duì)于任意冷卻結(jié)構(gòu)來說，隨著入口水流速度的增加，靶表面最高溫度明顯降低；水流進(jìn)出口沿著冷卻內(nèi)腔切向方向且呈相對(duì)平行時(shí)，冷卻系統(tǒng)的換熱效果最優(yōu)，靶表面溫度分布也更均勻。
　?。?）為實(shí)現(xiàn)小靶材在大面積基片上的均勻鍍膜，提出了一種新的磁控濺射鍍膜方法，將傳統(tǒng)的固定靶基工況改為靶材沿基片徑向