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磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的“跑道环”形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束 (磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。
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文章编号:1002-2082(2010)01-0043-04
磁 约 束 磁 控 溅 射 源 的 磁 场 设 计
弥 谦, 袁建奇
(西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710032)
摘
摘摘
摘
要
要要
要:
::
: 磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。 为了提高磁控溅射源的靶材
利用率, 设计组抛弃了传统的 “跑道环” 形式的磁场设计理念, 而是将永磁体或电磁体分置溅射
靶的两侧, 使其在溅射靶表面上方产生磁约束 (磁镜) 磁场。 本设计使用有限元分析方法对磁场
进行仿真计算, 通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较, 验证有限元方法的可靠性。
A nsys
有
限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟, 大大简化了计算并缩短了设计周期。 通过实验验证, 磁
约束磁场大大提高了靶材的利用率。
关
关关
关键
键键
键词
词词
词:
::
: 磁控溅射; 磁约束; 磁场; 有限元法
中图分类号:
T N
305.92 文献标志码:
A
M agnetic design of m agnetic constraint m agnetron sputtering source
M I Q ian
,
Y U A N Jian
-
qi
(
Shaanx i Province T hin Film T echnology and Optical T est Open Key Laboratory
,
Xi
’
an T echnological U niversity
,
Xi
’
an
710032,
China
)
A bstract
:
T he mag net ic field distribut ion of mag netron sputtering coating equipm ent has a
serious effect on film coat ing
.
In order t o im prove the utilizat ion rat io of t arget of m agnet ron
sputtering source
,
w e abandoned the t raditional
“
ring
”
form s of m ag netic field runw ay design
concept
,
and put perm anent m agnets or electrom agnet separation sputtering on bot h sides of the
target
,
w hich generated magnetic const raint s
(
mag net ic m irror
)
field on the target surface
.
T his
design used finite element analysis met hod for m ag netic field sim ulat ion calculation
,
and the
reliability of t he finite element m ethod w as verified by simulation results and measured results of
mag net ic field
.
A nsys finit e elem ent analy sis softw are w as used for m ag net ic field distribution
sim ulation
,
calculat ion w as simplified and design cycle w as reduced
.
Ex perim ent indicates that
the constraint m agnetic field can greatly im prove the utilization ratio of t arget
.
K ey w ords
:
mag net ron sputtering
;
mag net ic confinem ent
;
m ag net ic field
;
finite element method
引言
磁控溅射镀膜是工业镀膜生产中最主要的技
术之一,广泛应用于工业生产和科学研究领域
[1 ]
。
生产中需特别关 注 靶 材利 用 率、薄膜厚度的均匀
性、沉积速率及溅射过程稳定性等方面的问题,其
根本在于整个系统的优化设计,靶磁场的设计是其
中的关键环节。磁控溅射阴极的磁场设计一直以来
都在不断进步,其中有代表性的如:圆形平面磁控
溅射源,通过合理设计磁场,使形成的跑道通过靶
面中心,利用机械传动装置旋转磁体,实现靶面的
全面溅射;矩形平面磁控溅射源,通过传动机构使
磁体组合在靶材背面做菱形或梅花形运动,使整体
靶材利用率达到 61%;通过多磁路的配合调整,实
现靶面低压全面刻蚀。
调整磁场的结构还可以改善
收稿日期:2009-09-14; 修回日期:2009-12-16
作者简介:弥谦(1963-),男,辽宁锦州人,教授,主要从事薄膜技术的研究工作。
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-
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i
@163.
c
o
m
2010 年 1 月
Journal of A pplied Optics
Jan.2010
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weixin_38513669
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