การสปัตเตอริงด้วยแมกเนตรอนส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการขนส่งพลาสมาแบบปล่อยประจุ การกัดเซาะเป้าหมาย การตกตะกอนฟิล์มบาง และกระบวนการอื่นๆ ซึ่งสนามแม่เหล็กจะมีผลกระทบต่อกระบวนการสปัตเตอริงด้วยแมกเนตรอน ในระบบสปัตเตอริงด้วยแมกเนตรอนที่มีสนามแม่เหล็กตั้งฉาก อิเล็กตรอนจะอยู่ภายใต้แรงลอเรนซ์และเคลื่อนที่แบบเกลียว ต้องมีการชนกันอย่างต่อเนื่องเพื่อค่อยๆ เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก เนื่องจากการชนกันทำให้อิเล็กตรอนบางส่วนไปถึงขั้วบวกหลังจากพลังงานต่ำ ความร้อนจากการชนบนพื้นผิวจึงไม่มาก นอกจากนี้ เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกจำกัดโดยสนามแม่เหล็กของเป้าหมาย ในบริเวณพื้นผิวเป้าหมายที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กภายในเส้นทางการปล่อยประจุ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณเล็กๆ นี้จะสูงมาก และในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กภายนอกพื้นผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณที่อยู่ห่างจากสนามแม่เหล็กใกล้พื้นผิว ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนจะต่ำกว่ามากเนื่องจากการกระจายตัวที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ และต่ำกว่าสภาวะการสปัตเตอริงแบบไดโพล (เนื่องจากความแตกต่างของความดันก๊าซทำงานสองชนิดที่มีขนาดแตกต่างกันมาก) ความหนาแน่นต่ำของอิเล็กตรอนที่พุ่งชนพื้นผิวของวัสดุรองรับ ทำให้การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่เกิดจากการระเบิดของวัสดุรองรับนั้นต่ำ ซึ่งเป็นกลไกหลักของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของวัสดุรองรับในกระบวนการสปัตเตอร์แบบแมกเนตรอน นอกจากนี้ หากมีเพียงสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะไปถึงขั้วบวกในระยะทางที่สั้นมาก และความน่าจะเป็นที่จะชนกับก๊าซทำงานมีเพียง 63.8% เท่านั้น แต่เมื่อเพิ่มสนามแม่เหล็กเข้าไป อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่แบบเกลียวในระหว่างที่เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก สนามแม่เหล็กจะยึดและขยายวิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ทำให้ความน่าจะเป็นที่จะชนกับอิเล็กตรอนและก๊าซทำงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งส่งเสริมการเกิดไอออนไนเซชันอย่างมาก และเมื่อเกิดไอออนไนเซชันแล้ว อิเล็กตรอนก็จะเข้าร่วมในกระบวนการชนกันอีกครั้ง ความน่าจะเป็นที่จะชนกันสามารถเพิ่มขึ้นได้หลายเท่าตัว ทำให้ใช้พลังงานของอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และส่งผลให้ความหนาแน่นของพลาสมาเพิ่มขึ้นในกระบวนการปล่อยประจุเรืองแสงผิดปกติ อัตราการสปัตเตอร์อะตอมออกจากเป้าหมายก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และการสปัตเตอร์เป้าหมายที่เกิดจากการชนเป้าหมายด้วยไอออนบวกนั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้อัตราการตกตะกอนแบบสปัตเตอร์ด้วยแมกเนตรอนสูงขึ้น นอกจากนี้ การมีสนามแม่เหล็กยังช่วยให้ระบบสปัตเตอร์ทำงานที่ความดันอากาศต่ำลง ความดันอากาศต่ำช่วยลดการชนกันระหว่างไอออนในบริเวณชั้นชีท ทำให้การชนเป้าหมายด้วยพลังงานจลน์ค่อนข้างสูงลดลง และลดการชนกันระหว่างอะตอมเป้าหมายที่สปัตเตอร์ออกมากับก๊าซที่เป็นกลาง ป้องกันไม่ให้อะตอมเป้าหมายกระเด็นไปที่ผนังของอุปกรณ์หรือกระดอนกลับไปที่พื้นผิวเป้าหมาย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราและคุณภาพของการตกตะกอนฟิล์มบาง
สนามแม่เหล็กเป้าหมายสามารถจำกัดวิถีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติของพลาสมาและการกัดเซาะของไอออนบนเป้าหมาย
ร่องรอย: การเพิ่มความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็กเป้าหมายสามารถเพิ่มความสม่ำเสมอของการกัดเซาะพื้นผิวเป้าหมายได้ จึงช่วยปรับปรุงการใช้ประโยชน์จากวัสดุเป้าหมาย นอกจากนี้ การกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เหมาะสมยังสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของกระบวนการสปัตเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น สำหรับเป้าหมายการสปัตเตอร์แบบแมกเนตรอน ขนาดและการกระจายของสนามแม่เหล็กจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
–บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตเครื่องเคลือบสุญญากาศกว่างตงเจิ้นหัว
วันที่โพสต์: 14 ธันวาคม 2023