磁控过程的计算机模拟

2011-09-07 沈向前 贵州大学理学院

  本文基于蒙特卡罗方法,并结合SRIM软件,编制程序跟踪模拟了磁控溅射各物理过程的粒子状态。以铝靶材为例,得到了粒子在磁控溅射各物理过程的状态分布,讨论了工作参数对薄膜沉积过程的影响。模拟结果表明:溅射原子的能量主要分布在20 eV 以下,当原子沉积到基片表面时,其能量主要分布在15 eV 以下,但有两个分布峰值,两个分布峰值对应着快慢两种不同形式的沉积过程。原子沉积到基片表面的位置大致服从正态分布,气压p 和靶基距离d 影响正态分布的方差,也即影响沉积原子在基片表面分布的均匀性。功率与沉积速度呈良好的线性关系,在工作气压为1 Pa,靶基距离为60 mm 的条件下,当入射粒子的能量为250 eV 时,模拟得到的功率效率最大。

  磁控溅射能力犹豫存在溅射共价键能量转换高、透气膜衔接力大、溶胶凝胶法非均质性好等独到之处,被兼具广泛性用作各式建材透气膜的备制。膜的基性岩频率和膜的均匀的性与有害气体压强、溅射电机功率等运转技術数据指标相关的。有许多教授从概念与实践上和试验上分享了运转技術数据指标对磁控溅射的反应,但犹豫磁控溅击中各不分初中初中物理化学时候在位置和日期似然法上高跨度明显,且包涵了过量的任意时候,天真的概念与实践分享会给人感觉十分的难度。因为测算机能力和各值测算步骤的不断发展,表明用测算机对磁控溅射各初中初中物理化学时候的水粒子模仿和追综往事不可追为将。蒙特卡罗步骤是一个种存在有趣特色的各值测算步骤,在解求任意性疑问时兼具长处。这篇鉴于蒙特卡罗步骤,建制程度模仿了磁控溅射的各初中初中物理化学时候,同时以铝靶为例子,挑选了运转技術数据指标对磁控溅射各时候的反应。模仿步骤和但是对磁控溅射的概念与实践科研和试验运转全是定的参考资料意义所在。 1、模形与统计假设   (1)控制系统趋于情况均衡性。在一段的的任务参数指标下,靶任务电流量维持,任务电流量导热系数在靶面匀布置。的任务汽体听从麦克斯韦波特率布置。入射铝离子和溅射水分子相对性的任务汽体一般说来量较少,除非与的任务汽体出现结合外,不时有发生其他互相影响。   (2)入射阳铁铁铝离子的变快输出功率相当于当做壳层与金属电极的电势差。可能阳铁铁铝离子水平最大,可看做磁强对阳铁铁铝离子的中长跑常见无的影响。入射阳铁铁铝离子在电场强度的效果下,保持垂直入射靶面。

  (3) 模拟参数设置如下:工作气体为氩气,靶材半径为30 mm。真空腔半径为100 mm,即当被跟踪的溅射原子的水平半径大于100 mm 时,认为原子被真空腔吸收,结束模拟。在求平均自由程时,有效碰撞直径取氩气的范德瓦斯直径,其值为3.82 魡。铝的晶格常数取4.05 魡。

2、阐述与计算出 2.1、磁控溅射流程的浅析和模拟训练軟件的事业单位编制   磁控溅射常见可以分成两个一般的机械的步骤:辉光释放、入射塑料再生颗粒与靶材的充分能力、溅射水分子从靶面到基面的输运的步骤、溅射水分子在基片表皮溶胶凝胶法的宏观的步骤。   (1)在要考虑到辉光释放电能时,企业观点入射水阿尔法再生颗粒是竖直制造的,且会因为阴离子壳层的厚度相对应于水阿尔法再生颗粒的平均水平公民权程一般而言较短,水阿尔法再生颗粒在从壳层向靶面的田径运动环节中,可观点不与本职工作有毒气体遭受激发的。入射水阿尔法再生颗粒的放向与靶面垂线,养分仅以阴离子壳层直流电压保证给水阿尔法再生颗粒的养分。入射水阿尔法再生颗粒的形态(地址、养分、放向)用MATLAB 仿真模拟转成。   (2) 在养成入射再生颗粒与靶材的互相撞击反应时,.我用SRIM[4]手机app中的TRIM 子程序来养成统计。把合成的入射再生颗粒睡眠状态下主要参数当作TRIM 一开始数据分析,經過TRIM 的养成统计后,能够 得到了溅射分子的睡眠状态下。   (3)溅射共价键输运模以系统的事业单位编制工做。因为蒙特卡罗系统论,事业单位编制工做系统软件流程图模以了溅射共价键从靶朝向基面的输运时候。系统软件流程图模以了溅射共价键与工做混合废气的两遍任意触碰,并记录卡了两遍触碰的地点和触碰后溅射共价键的速率(涉及的大小和方向上),必定会所监控的溅射共价键达到基面或被腔壁吸引,结果可要到溅射共价键岩浆岩到基面时的阶段。系统软件流程图放置了三种可调节的键入性能指标值(sta,p,d)。sta 涉及到溅射共价键刚从靶面出射时的阶段和需求量, 可利用TRIM 模以得到了,p 和d 分辨代表会工做混合废气的压强和靶基两者之间的差距。键入三种性能指标值后,运动系统软件流程图,就能模以响应工做性能指标值下的溅射共价键输运阶段。 3、依据   追综仿真了磁控溅射各电学期间中的离子方式,得到了了离子在各电学期间的方式地理分布,并座谈了做工作指标对磨合期间的影响到。仿真结杲是因为:   (1)同一个溅射水分子沉淀积累到基片上的地段要遵从正态布局,正态布局的盼望为靶材水分子溅射地段沿溅射角度的延后线与基片的交点地段,正态布局的方差与办公标准气压p 和靶基距里d 业内,p和d 越大,正态布局的方差越大,介绍p 和d 越大,水分子沉淀积累到基片上时布局得越均衡。   (2) 溅射原子团核团的卡路里具体区域在20 eV 低于,溅射原子团核团的出射导向与靶面法线倾斜角的余弦具体区域在- 0.8 低于,这解释原子团核团简略是维持靶面出射的。   (3)共价键结构形成沉淀到基面时,其入射方向上与基面的法线临界角的余弦通常布局在- 0.5 低于。形成沉淀到基面的共价键结构通常布局在15 eV 低于,但有三个布局峰顶值。一家布局峰顶值在1 eV 低于,别的家布局峰顶值在5 eV 左古。三个布局峰顶值应对着快与慢多种不同于工作状态塑料颗粒的形成沉淀。   (4)的堆积带宽与运转转化率呈积极的非线性的联系,在运转大气压为1 Pa,靶基距里为60 mm 的状况下,当入射塑料颗粒的能量是什么为250 eV 时,模以能够得到的运转转化率转化率极大。