磁控溅射靶磁场的有限元模拟分析

2014-09-05 朱武 合肥工业大学真空科学技术与装备研究所

  磁控溅射靶面磁光光自感应灯密度的水准地理分散点同时相互影响到靶材的根据率和刻蚀的饱满性,为着去寻找效果更好的磁控靶框架设计基本因素,关键在于达到靶面水准磁光光自感应灯密度的饱满地理分散点,从文中APPCOMSOL app软件对JGP450C型磁控溅射镀晶机的圆垂直面靶表面能磁光光自感应灯密度来进行了模拟仿真分享计算的,收获了靶面水准磁光光自感应灯密度较弱、地理分散点较饱满的镊子的框架设计基本因素。

  平面磁控溅射由于其广域沉积和溅射速率高等优点被广泛应用于工业生产和科学研究中。在磁控溅射系统中,通常应用一个永磁场来约束靶面附近的电子运动,该磁场直接关系到成膜的质量和成膜速率,因此对磁控靶的研究成为关注的焦点。由于磁场的控制,等离子体被限制在靶材表面的一定区域内,靶面被非均匀刻蚀,这样造成靶材利用率很低。而提高靶材利用率的关键是调整磁场结构,使等离子体存在于更大的靶面范围,实现靶面的均匀溅射。如何提高靶材利用率、如何提高镀膜的均匀性是研究人员特别关心的问题。以前的研究都是通过实物靶实验的方法来改进靶的性能,存在研究费用高、研究周期长等问题,在很大程度上制约了磁控靶的发展。

  跟着确定的机技木包括有关系采用pc软件下载的开放,其他货币资金研究日渐被确定的机养成所取代。本篇文章研究背景comsolpc软件下载,养成圆平行面磁控靶外层的磁红外检测式程度,详细探讨有差异塑胶镊子型式数据下靶面的磁感线数据地域分布图制作非常对能力磁红外检测式程度的影向到,借以对靶完成提高装修设计。磁控溅射的磁感线是由磁路型式和开关磁阻电机体的剩磁所关键,并之后呈现为负极靶材外层的磁感线程度B 的的面积和数据地域分布图制作。就磁控溅射靶比喻,真空箱技木网(//crazyaunt.cn/)感觉靶外层的磁红外检测式程度B 对发出电等阳离子体的影向到最大,非常是能力磁红外检测式程度Bx 非常的面积和数据地域分布图制作,亦是磁控溅击中另一个稳定性必要的数据。

1、靶结构和磁场分析

  研发了解感觉:基本需求立体图磁控溅射靶面很大品质磁通规格规模是:20 mT~40 mT,佳数值30 mT。对电磁波的分布点了解和核算推广采用了系统软件Comsol。JGP450C 型磁控溅射镀膜等等机负极溅射靶构造类型右图1,CAD 创新热学整治右图2。图2 中靶电磁波是由非常为10 mm 的内磁柱和非常为12 mm的外磁环搭成的人造磁铁构造类型生成的,其各口件的食材、外形尺寸、规格如表1 图示。

磁控溅射靶的结构示意图

1.密封盖;2.磁环;3.靶材;4.铜背板;5.磁柱;6.屏避掉罩;7.屏避掉套;8.磁轭 图1 磁控溅射靶的的结构举手图

CAD 简化物理模型

图2 CAD 简化版物理性三维模型 表1 磁控溅射靶其他元件的的原材料,大小,运作

磁控溅射靶不同部件的材料,尺寸,参数

  靶电磁能场的剖析就能够为如下些步聚:(1)撰写物理学生活环镜: 来到图片软件comsol 3.5a 用户界面中comsol Multiphysics 中电磁能下的静磁,的选择来到,准备好画二维动态电磁能场形式;(2) 树立类别后,对有几个安全装置开始名词解释,添加解求域和边界线经济条件,分配网格,解求,然后呢来到后办理生活环镜;(3)解求后ed2k线地域布局图,外层磁通溶解度等。如同3~图6如图是。

磁控溅射靶磁场的有限元模拟分析

图3 12-10-12 分类网格后的磁石模式化图  图4 12-10-12 交变电场流电阻

磁控溅射靶磁场的有限元模拟分析

图5 12-10-12 2D 表皮磁通体积图  图6 12-10-12 3D 表皮磁通体积图

2、靶磁场模拟分析结果与讨论

  根据选出的磁控靶靶材旋盖和铜背板都是不是导磁的材质,其导磁率近乎相当1,与冷空气相差太大不多, 以至于需要忘记的材质对磁感受到抗弯难度的引响,简单化后的电学模特工具或有些型式设计叁数设置表如图已知7 一样,由靶材、磁钢(具有磁柱,磁环)和磁轭形成。上面经由变更模特工具上的有些型式设计叁数设置表来科学研究的水平电磁波的转变原理,以寻找更优质的磁控靶的型式设计叁数设置表,得以完成靶表面能磁感受到抗弯难度的平滑分布图制作。

磁控溅射靶的简化物理模型截面图

d1:磁环宽;d2:磁柱直径;d3:磁柱与磁环的行距;d4:磁环与靶材的行距;h1:磁轭尺寸;h2:磁柱相对程度;h3:磁环相对程度 图7 磁控溅射靶的减化物理上的整治剖面图

2.1、平衡场与非平衡场的对比分析

  这些前提深入推进稳定发展或非稳定发展电磁波的简单易行相对,以表2 如图的3 组数据文件来反映。 表2 平横和非平横电磁场数据库对比性

平衡与非平衡磁场数据对比

  图8 一样3 条线性从上至下各各自h2=8,10,12 mm,按序概念为线1,2,3。图上,纵地图坐标值表现法技术磁感性強度(T),横地图坐标值表现法跳出靶材左端1/4 处往右边的的尺寸(0~30 mm),如下各图相仿。进行相比1,2,3 各人体电磁感线流线,自己能够得知:在建议选用剩磁量是一样的的稀土永人造塑胶镊子作为一个磁控溅射靶的磁极且前后磁极等高时,很明星磁性线的布局图比不光滑,磁性线基础是闭锁的;而当前后人造塑胶镊子的高宽比各种不同時,磁性线会产生向外大范围地扩散,这就扩大了磁控溅射靶作业区段的磁通量密度计算公式,转而来约束了大量的的水粒子布局图在作业位置,增大了等阴阳离子位置的净宽,的提升了玻璃渡膜的功效。这恰是近些年磁控溅射玻璃渡膜的發展的方向。与此同時,自己也能够从技术磁感性強度线性得出,磁感性強度近年来人造塑胶镊子高宽比的扩大而扩大;线2 是等高前后磁极的直线磁感性強度, 其高达的磁感性強度是0.032 T,另外相对性于线1 和线3,其身边不光滑性更好的,人体电磁感线的布局图基础对称性。这也只是发展人体电磁感线的优势。进行进行相比,自己还能够得知,内磁极比外磁过低,人体电磁感线的布局图不光滑性最号,另外最大的技术磁感性強度在30 mT 附进。故而在磁控溅射靶的人造塑胶镊子结构特征中,自己大部分筛选内磁柱不低于外磁环的排布措施。

三组数据水平磁感应强度对比图

图8 3组数据信息能力磁感测器力度对比分析图

2.2、不同磁轭厚度对磁场的影响

  当另外的叁数一些时,改动磁轭层厚,考量其对电磁波的直接影响。由重复模拟网核算介绍,取h1=4,6,8mm 时,其相同的等值线发生变化图甲9(3线大致连接起来)。

不同磁轭厚度下水平磁感应强度对比图

图9 不同于磁轭板厚下水管平磁传器构造相比较图   对比性各磁体流线而定,由于磁轭尺寸规格的加强,对靶材表皮的技术横向磁感觉式承载力数据分布的不均性基本上没关系,但永磁铁之前的此回流性却变下去。从图9 能能听出,区别磁轭尺寸规格相应的的技术横向磁感觉式承载力身材曲线基本上连接起来在相拥,故区别磁轭尺寸规格对技术横向磁感觉式承载力也没关系,满足全溅射靶的结构设计尺寸规格,大家框选磁轭的尺寸规格为h1=6 mm。

2.3、靶材与磁环间距对磁场的影响

  难以确定磁环位置h1=12 mm, 内磁柱位置h2=10 mm,内磁柱球半径d2=10 mm,来探析靶材与磁环的距离(d4)变换对靶面的的水平方向磁检测抗压效果的导致。当d4=2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0 mm 时,模拟仿真到的的水平方向磁检测抗压效果申请这类卡种曲线提额如图是10 如图是。   从该图是可以判断,根据d4 的曾加,靶材接触面的较大层次磁检测程度伴由于下降,但对靶材接触面的层次磁检测程度布置的竖直性近乎就没有关系;且根据间隙的曾加,靶面较大层次磁检测程度的方位也存在所偏差。选择到优化层次较大磁检测程度规模是20~40 mT,故以选取的d4=3 mm。

 靶材与磁环不同间距下水平磁感应强度对比图

图10 靶材与磁环各种不同间隙排水平磁感觉承载力相对图

2.4、磁环高度对磁场的影响

  有关探析是因为,内部因素和磁钢间隔变换在pet薄膜外部经济形貌的直接关系并并不太。当靶材与磁环的间隔d4=3 mm,内磁柱倾斜角d2=10 mm,内磁柱间隔h2=10 mm 时,需注意磁环的间隔(h3)变换对靶面的能力磁磁红外自感应式灯构造的直接关系。给定磁环间隔变换为h1=12,16,20,24 mm,模似取到相比应的交变电场流线和能力磁磁红外自感应式灯构造线性数据布置如图已知11 下图(自下至高无上相对)。会看得出来,渐渐磁环间隔的曾加,靶材外壁非常大能力磁磁红外自感应式灯构造也增大,自动上链的效率降低等不良情况的发生,自动上链的效率降低等不良情况的发生,且曾加的力度正在逐步增大,自动上链的效率降低等不良情况的发生,自动上链的效率降低等不良情况的发生,但对靶材外壁的能力磁磁红外自感应式灯构造数据布置的粗糙性没大了直接关系。需注意到在h3=16~20 mm 时,非常大能力磁磁红外自感应式灯构造最达到极佳值30 mT,莫知挑选h3=16 mm。

2.5、导磁片长度对磁场的影响

  要加剧均磁治疗效果,基本上确定在铜背板里加装导磁片,导磁片通常情况下所采用高导磁率的材料,它要改动靶材外壁的磁链接线布置,加剧靶材外壁技术磁检测硬度布置的匀称性。加导磁片后的简单化工具模式长为12 如下图所示。

不同磁环高度下水平磁感应强度对比图

图11 有差异磁环较高进水平磁感应灯程度对比图图

加装导磁片的磁控溅射靶的简化物理模型

图12 加裝导磁片的磁控溅射靶的简略力学建模   有否导磁片情形下的靶面磁场线分布图比较,如图图示13 图示。由图可预知,选配导磁片后,磁场线含量行政区域不断增加,均磁效果好明星。

有无导磁片靶面的磁力线分布

图13 是不是导磁片靶面的磁性线区域划分   当电磁铁各种结构设计技术指标作用时,当小编作用导磁片宽度(L)关注其对电磁波的作用,给定导磁片宽度L=1,3,5,7 mm 时,仿真模拟收获其相对的电磁波流线和程度磁传器开关标准弧线就像文中14 所显示(自上至下使用)。由两图而定,因为导磁片宽度添加,最主要程度磁传器开关标准布置匀性添加,只不过其最主要程度磁传器开关标准却扩大,且当L=3,5 mm 时,其程度磁传器开关标准最类似既定值。因而,当小编会取舍导磁片宽度L=5 mm。

2.6、其他结构参数对磁场的影响

  近似于给出,人们还的研究了内磁柱圆的直径、內磁柱极度、磁柱与磁环边距等构成运作对交变电场的影向,各用实现:内磁柱圆的直径d2=12 mm,內磁柱极度h2=10 mm,磁柱与磁环边距d3=8 mm。

不同长度导磁片下水平磁感应强度对比图

图14 各不相同总长度导磁片下水管平磁感器承载力比对图

3、结束语

  这篇文章利用comsol 图片软件设立起了磁控溅射靶吸铁石的物理化学模式,并对所有节构件的指标和素材去了界定与选;进行对电交变电场的仿真具体分析,知道了吸铁石节构指标对靶材直线电交变电场分布区基本规律的反应;最后的通过仿真效果确立了磁控溅射靶的核心节构指标:磁轭机的薄厚h1=6 mm,磁柱长度h2=10 mm,磁环长度h3=16 mm,磁环大小d1=10 mm,磁柱圆的直径d2=12 mm,磁柱与磁环间隙d3=8 mm,靶材与磁环间隙d4=3 mm。   这篇文应纳税所得额到的依据,涉及到磁控溅射靶的最主要制作产品参数、合理化考虑导磁片长、取舍电电磁波和非取舍电电磁波的明显不同等,就算由comsol app虚拟仿真仿真知道的,但它却极具具体指导有何意义。对虚拟仿真仿真后果与实践动态数据进行整合解析,终会有益健康于磁控溅射靶的优化方案制作。