磁控溅射薄膜生长全过程的计算机模拟研究

2010-01-19 戴传玮 复旦大学材料科学系

  本篇文章实现创立多尺寸实体模型,结合起来摸拟网了磁控溅射死溅射分子的产生了、溅射分子的邂逅输送、或是决定破乳的全期间,理论研究了基材温度因素因素、溅射时延、电磁波分布点和靶材-基材安全距离对保护膜成长发育期间与保护膜耐热性的会导致。摸拟网但是显示信息,不断提高基材温度因素因素或减少溅射时延都增高时间段成长发育时间段保护膜的相应高密度;电磁波对靶的回收有效利润率有有明显的会导致,而对保护膜决定形貌的会导致不是很大;增强靶材-基材安全距离会减少保护膜的模糊度。   磁控溅射自20 多世纪70 时期起源起来,因较高的沉积状率和纳米涂层厚度检测的品质而已成为聚酯薄膜制法的必要措施产品之一,被广软件于集合电路设计生产、特有基本功能涂料纳米涂层或涂料热塑性树脂等深层次领域行业。原因现如今溅射纳米涂层厚度检测工序的调控在大的情况上还是根据于试验经验值,因,模以分析磁控溅射成长过程中,对辅助器溅射纳米涂层厚度检测工序的实际情况操作使用更是必要的真正意义。

  随着计算机技术的迅猛发展,计算物理方法与传统的理论研究和实验研究的结合日趋紧密。许多国内外研究成功运用计算机模拟方法探讨薄膜的生长机理,并提出多种模拟手段来重现与薄膜生长相关的物理过程,例如Smereka 等对晶面生长速度的研究;Volter 运用10原子环形模型对薄膜生长过程的模拟 ; Daw 和Baskes等提出了嵌入原子方法(EAM-embedded atom method) 用以计算势函数,并将其应用于对面心立方晶体微观性能的描述。然而,磁控溅射中各部分物理过程在空间和时间尺度上跨度较大,这样多尺度问题的计算机模拟并不容易,因此对磁控溅射沉积薄膜全过程模拟的研究报道并不多见。在现有的个别全过程模拟方法中,通常对成膜过程进行一定的简化,例如不涉及迁移和脱附等物理过程,这对模拟的精确性会产生一定的影响。

  文章建立起一个多大小模板,对磁控溅射溥膜种子发芽的全步骤实现了确定机模似,深入分析了的基钢板温湿度、电场地理分布及靶材- 的基钢板差距对破乳的影响到。一开始用PIC ( Particle-In-Cell)对溅射原子团团团的会产生实现模似 ,并取到靶的刻蚀弧线;而后用蒙特卡罗(MC Monte Carlo) 方案模似原子团团团在室内空间的相碰传送步骤;跟踪目标原子团团团来到的基钢板后,再生利用蒙特卡罗方案对溥膜微种子发芽步骤实现3D模似;结尾适用导电云方案(CIC Clouds In Cells) 取到溥膜外部经济形貌图。效果信息显示,中期种子发芽时段.,溥膜的体积密度跟着的基钢板温湿度的扩大而扩大,跟着溅射传输速率的扩大而减短;溥膜外部经济形貌与靶的刻蚀弧线重视有关系———溥膜主要板厚冒出的地段与靶的刻蚀最大的事情处比较应;跟着的基钢板温湿度的扩大溥膜的板厚日益减短,而跟着靶材- 的基钢板差距的提高,溥膜的板厚和光滑度均会减短。

1、模型与方法

  磁控溅射成胶整个环节由这6个整个环节构成:   (1)溅射氧分子结构的引起———可以通过有效控制靶材加上载的直流电压调动辉光释放电能,合理利用引起的铁离子对靶开始轰击,取得溅射氧分子结构;   (2)溅射共价键团的接入———溅射共价键团在向柔性板田径运动的阶段中,会不停地与底色乙炔气引发碰撞检测,最终能够实现边界线或柔性板;   (3)氧原子结构在基钢板上的堆积———氧原子结构实现基钢板后,在基钢板外壁引发吸附剂、转至、脱附等物理学的过程,后堆积在基钢板外壁,建成bopp薄膜。

  本文中模拟的放电真空腔为圆柱形,其结构示意图如图1 所示。圆形的薄膜沉积基板(Substrate) 位于真空腔的顶部;同样为圆形的溅射靶(Target ) 位于真空腔的下方;圆柱形中心磁极(S) 及圆环型外围磁极(N) 则位于真空腔的底部,溅射靶的正下方。如图所示,真空腔内径R 为42mm,薄膜沉积基板半径为40mm,溅射靶半径为26mm,中心磁极半径为6mm,外围磁极截面宽度为5mm,两磁极间距15mm,靶材与基板的间距为Z 。基板接地作为阳极,靶为阴极加直流负偏压( - 450V) ,二次电子发射系数为0.3 ,背景气体为氩气,初始等离子体密度n = 1 ×1013m- 3 。径向边界(0 ≤z ≤Z , r = R) 处为金属,边界上仅具有法向电场,其初始值为零,电场强度随粒子流产生的壁电荷的累积而变化。模拟中采用的空间分辨率Δr=1mm、Δz=2mm ,时间步长Δt = 1 ×10-10s。

磁控溅射结构示意图

图1  磁控溅射成分展示图   受到限制内文,经典短文第二种节章的部位方面省略,具体经典短文请邮箱至原作者索取。

3、结论

  本段搭配了PIC ,MC , EAM,CIC 等技巧对整一个等化合物体磁控溅射破乳的过程 中去了多大尺度的估算机模以,并软件系统论述方案了磁控溅射破乳的过程 中中的基钢板热度、磁感线匀称、靶材-的基钢板宽度等参数指标对破乳的危害。论述方案的结果揭示,   (1) 不断地柔性板热度的身高,pet薄膜时候成长的阶段所型成的岛的尽寸增多而岛的占比减轻,比较比热容身高。但身高热度的时,也会使积累电子层的脱附率身高。所以说现实中所需按照相关材料材质、的品质揉成当时难以确定最适合的柔性板热度。   (2) 人体电磁场分布不均对靶的刻蚀申请这类卡种曲线提额有最大的的干扰,而对透明膜进而形貌干扰可见一斑。设计显示,flat 型人体电磁场是可以在确定不干扰透明膜成胶的基础下最大的水平地的提升靶材的利于率。   (3) 如今靶材-的基板宽度的不断地,塑料聚酯薄膜的涂层厚度检测时延还有塑料聚酯薄膜的粗糟度均会缩减。   我们任务是针对磁控溅射溶胶凝胶法期间的第一次研发,汇有一定原因,某种意义衬底物料及表明的情况(晶向、十分水平度) 等对膜阶段衍生期间的作用,都尚待更更加完善的物理上的模式化进的一步深入实际研发。