Laboratorul de tehnologie a filmului subțire
Laborator de sisteme și tehnologii ion-plasmă
Centrul 10.1 NIC BSUIR
Sursele de ioni sunt utilizate pe scară largă în tehnologia filmelor subțiri. Unul dintre principalele avantaje ale tehnologiilor cu fascicul ionic este separarea zonelor de formare a plasmei, accelerarea ionilor și obiectul de prelucrare. Acest lucru face posibilă pulverizarea metalelor, dielectricilor și semiconductorilor fără a utiliza puterea RF. În prezent, laboratorul a dezvoltat și operează diverse tipuri de surse de ioni. Varietatea surselor de ioni dezvoltate permite utilizatorului să aleagă o sursă pentru o operațiune specifică cu parametrii corespunzători ai fasciculului format. Una dintre cele mai dezvoltate domenii în domeniul generatoarelor tehnologice de fascicule de ioni din fosta URSS și acum în Belarus este dezvoltarea surselor tehnologice de ioni bazate pe acceleratoare cu strat anod și acceleratoare Hall cu fața terminală. În aceste surse, gazul de lucru este ionizat de electroni magnetizați într-un câmp magnetic transversal. Accelerarea ionilor are loc în zona de descărcare fără a încălca cvasi-neutralitatea plasmei, ceea ce înlătură restricțiile privind densitatea curentului ionic extras. Laboratorul de sisteme și tehnologii ion-plasmă a dezvoltat o serie de dispozitive cu fascicul de ioni bazate pe un accelerator de strat anodic și un accelerator Hall de capăt pentru tehnologia de formare a peliculei subțiri: surse de ioni de pulverizare, surse de ioni pentru asistarea de ioni. depunerea stratului, surse de ioni cu fascicul dublu. Versiunile axiale, extinse și cilindrice ale surselor de ioni cu diverse geometrii ale fasciculului de ioni sunt oferite în funcție de forma și dimensiunea substratului, de productivitatea necesară, de configurația camerei de vid, de proprietățile materialului țintă și de proprietățile necesare ale stratului care urmează să fie aplicat.Au fost dezvoltate surse de ioni axiali cu o țintă pulverizată cu un diametru de la 35 mm până la 100 mm și surse de ioni extinse cu o lungime a zonei de lucru de până la 100 cm (40”). Sunt disponibile modele de surse de ioni atât în cameră, cât și externe (flanșă). În funcție de scopul sursei de ioni și de condițiile de funcționare, ca surse de câmp magnetic se folosesc atât electromagneții (solenoizi), cât și magneții permanenți Sm-Co, Nd-Fe-B, Sr-Fe-O. Sistemul magnetic pe magneți permanenți este cel mai des utilizat în cazul unei versiuni în cameră a sursei și pentru sursele industriale extinse de ioni. Utilizarea solenoizilor face posibilă optimizarea inducției câmpului magnetic în canalul de accelerație și creșterea eficienței formării fasciculului de ioni. Dispozitivele proiectate cu sursă de ioni sunt simple ca structură, ușor de utilizat și insensibile la contaminare. Designul original al monturii cu flanșă și blocul țintă detașabil al sursei de ioni oferă operatorului un acces ușor pentru a curăța sursele de ioni și a schimba țintele. Acest lucru permite utilizarea acestor dispozitive, atât pentru cercetare, cât și în industrie.
Surse de fascicul de electroni cu plasmă pentru neutralizarea fasciculului de ioni
Domeniile de aplicare ale surselor de ioni sunt oarecum limitate de necesitatea de a folosi emițători de electroni de curent suficient de mare. De exemplu, pentru un accelerator Hall cu fața de capăt, este necesară o sursă puternică de electroni pentru a menține procesul de formare a plasmei și pentru a compensa încărcarea spațială a fasciculului de ioni. Problema compensării fluxului ionic apare și în formarea fasciculelor de ioni focalizați. Câmpurile electrice care apar în timpul transportului unui fascicul de ioni focalizați pot atinge valori ridicate, defocalizarea ionilor. Prin urmare,propagarea fasciculelor de ioni focalizate este însoțită de răspândirea lor datorită respingerii reciproce a ionilor. De asemenea, problema apariției instabilității descărcării surselor de ioni este remarcată în procesele de pulverizare prin fascicul de ioni a țintelor dielectrice sau pulverizarea cu fascicul de ioni reactiv la aplicarea straturilor dielectrice. Această problemă este asociată cu necompensarea fasciculului de ioni și formarea unei sarcini pozitive de suprafață pe suprafața țintei și a filmului în creștere. Acest lucru degradează foarte mult stabilitatea procesului și reduce viteza de pulverizare. În plus, sarcina de suprafață poate deveni o sursă de defalcare electrică a filmului dielectric. Acest lucru este valabil mai ales atunci când se aplică dielectrici ai condensatorului și straturi optice. Utilizarea sistemelor de neutralizare activă a fasciculelor de ioni face posibilă nu numai eliminarea practic a fasciculelor de ioni necompensate, ci și în unele cazuri intensificarea proceselor de formare a plasmei și disociere a gazelor în procesele de pulverizare reactivă. Neutralizarea eficientă a fasciculelor de ioni focalizate elimină câmpurile electrice de încărcare spațială. În acest caz, doar limitările asociate cu formarea unei plasme dense limitează dimensiunea spotului unui fascicul de ioni focalizat. În prezent, pentru a neutraliza fasciculele de ioni ale surselor de ioni, sursele de electroni cu plasmă (PIEL), în care plasma cu descărcare în gaz servește ca emițător de electroni, sunt din ce în ce mai utilizate. În PIEL, electronii sunt selectați de la limita plasmei formate într-un volum localizat. Evacuarea electronilor din plasmă este completată prin emisia de electroni din catod și ionizarea gazului. În tehnologia pulverizării cu fascicule ionice și gravării straturilor folosind fascicule ioniceMetoda preferată este compensarea forțată, care face posibilă funcționarea la presiuni mai scăzute în cameră și controlul activ al procesului de compensare a fasciculului de ioni și potențialul substratului. În această metodă, electronii sunt produși de surse situate în afara regiunii de transport al fasciculului de vid. Electronii sunt extrași prin extracție forțată sau sub acțiunea unui câmp electric pozitiv creat de fasciculul de ioni și sunt „atașați” de ioni în cantitatea necesară (vezi figura). Ca rezultat, fasciculul neutralizat are o densitate de electroni aproximativ egală cu densitatea fasciculului. Laboratorul a dezvoltat surse de electroni din plasmă bazate pe descărcarea magnetronului, care utilizează curentul Hall al electronilor în câmpurile ExH încrucișate. O descărcare în câmpuri ExH încrucișate este o sursă eficientă de electroni care poate fi utilizată pentru a compensa încărcătura spațială a unei surse de ioni. Absența elementelor incandescente permite creșterea semnificativă a duratei de viață a convertorului atunci când funcționează într-o atmosferă de gaze inerte și active și timpul dintre întreținere.
Sisteme de pulverizare cu magnetron
Pulverizarea cu magnetron s-a dezvoltat rapid în ultimul deceniu, unde a devenit o opțiune de proces pentru o gamă largă de acoperiri importante din punct de vedere industrial. Exemple sunt acoperirile dure, rezistente la uzură, acoperirile anticoroziune, acoperirile decorative și acoperirile cu proprietăți optice sau electrice specifice. Eforturile tot mai mari în dezvoltarea sistemelor de pulverizare cu magnetron sunt determinate de cererea în creștere pentru acoperiri funcționale de înaltă calitate într-o varietate de sectoare de piață. Filmele obținute prin pulverizare cu magnetron sunt acum în multeÎn unele cazuri, proprietățile sunt superioare filmelor depuse prin alte metode de depunere fizică (PVD). În plus, metoda are o productivitate ridicată și, în comparație cu alte metode, se pot obține filme mult mai groase. Trebuie remarcat faptul că pulverizarea cu magnetron reprezintă în prezent aproximativ 90% din întreaga piață a echipamentelor de pulverizare. În laboratorul de sisteme și tehnologii ion-plasmă, se lucrează și s-a acumulat o vastă experiență în domeniul dezvoltării și cercetării sistemelor de pulverizare cu magnetron. În laborator, din 1994, a fost creată o gamă largă de modele de magnetron, special concepute pentru cercetare științifică și aplicații industriale. În funcție de forma și dimensiunile substratului, performanța necesară, configurația camerei de vid, proprietățile materialului țintă și proprietățile necesare ale acoperirii care urmează să fie aplicate, sunt versiuni planare axiale, dreptunghiulare, extinse, cilindrice ale magnetronilor. a oferit. Sunt disponibile modele de magnetroni atât în cameră, cât și în exterior (flanșă). Aceste MPC-uri pot funcționa cu surse de alimentare DC, comutare MF, AC bipolară și RF. În funcție de scopul magnetronului, magnetroni axiali cu o dimensiune țintă de 2,5 cm (1") până la 17,0 cm (7") și magnetroni de tip extins din seria MSPR cu o dimensiune țintă de până la 100 cm (40 ") A fost dezvoltat. Aceste sisteme de pulverizare au un design original al sistemului magnetic, care face posibilă crearea de magnetroni cu configurații de câmp magnetic echilibrate și dezechilibrate (Tipurile I și II). Pentru cuantificarea gradului de dezechilibru am introdus conceptele de coeficienți de dezechilibru și dezechilibrul geometric al MRS, care caracterizează configurația câmpului magnetic și, în consecință, presiunea minimă de funcționare,Valoarea curentului ionic pe substrat și coeficientul de utilizare a materialului țintă. Pentru schimbări prompte ale nivelului de dezechilibrat, au fost dezvoltate sisteme de pulverizare cu magnetron cu solenoid suplimentar (seria MAC). Sistemele magnetice ale magnetronului sunt realizate pe magneți permanenți și electromagneți SM-CO, ND-FE-B, SR-FE-O. În magnetronii cu sistem magnetic pe magneți de ferită, se utilizează răcirea directă a magneților și răcirea cu membrană a țintei. Pentru a crește eficacitatea răcirii, este posibil să utilizați răcirea directă a țintei. În magnetron pe magneți metalici, sistemul magnetic este plasat în carcasa catodului de cupru și izolat de apa curentă, ceea ce garantează constanța caracteristicilor magneților pe toată durata de viață. Utilizarea sistemelor integrate de distribuție a gazelor ne permite să optimizăm neuniformitatea vitezei de pulverizare, să reducem efectul asimetriei pompei cu vid și să creștem stabilitatea debitului în timpul proceselor de pulverizare reactivă. Noul design al sistemelor de pulverizare cu magnetron oferă acces facil operatorului pentru a schimba țintele și a purifica magnetronul. Una dintre domeniile laboratorului este dezvoltarea sistemelor de dispersie a magnetronului cu carcare mare. Odată cu scăderea presiunii de lucru sub nivelul de 0,1 P, condițiile fizice pentru formarea descărcării magnetronului și condensarea debitului pulverizat se modifică semnificativ. În acest caz, este posibilă formarea straturilor componente prin pulverizare reactivă cu magnetron fără utilizarea sistemelor de control parțial al presiunii. În plus, o scădere a presiunii minime de lucru a magnetronului vă permite să combinați munca sistemelor de dispersie a magnetronului cu surse de ioni și să implementați metodele de îmbinare.pulverizare și pulverizare cu magnetron asistată de ioni (IBAM).