Mechanizmus a vlastnosti reaktívneho magnetronového rozprašovania

Rôzne zložené filmy sa čoraz viac používajú na vývoj moderných strojárskych technológií a zložené filmy tvoria asi 70% všetkých filmových materiálov. Zloženú fóliu je možné vyrobiť rôznymi spôsobmi chemického nanášania pár alebo fyzikálnou depozíciou parou. V minulosti bola väčšina zložených fólií pripravená metódou CVD. Technológia CVD teraz vyvinula nové procesy, ako CVD s plazmovým zosilnením a kovová organická zlúčenina CVD. Avšak kvôli vysokej teplote vyžadovanej metódou CVD sú zdroje materiálov obmedzené a niektoré z nich sú toxické a korozívne na znečistenie prostredia, čo obmedzuje výrobu zloženého filmu do určitej miery.

Ak sa použije PVD metóda na výrobu dielektrického tenkého filmu a zloženého tenkého filmu, môže sa okrem rádiofrekvenčného rozprašovania použiť aj metóda reaktívneho naprašovania. To znamená, že v procese nanášania rozprašovaním sa niektoré aktívne reaktívne plyny zavádzajú umelo a reagujú s rozprašovanými cieľovými látkami a potom sa nanášajú na substrát, aby sa získala fólia, ktorá je v rôznych cieľových látkach. Napríklad oxid sa získava rozprašovaním v O2, nitrid sa získa v N2 alebo NH3, oxynitrid sa získa v zmiešanom plyne O2 + N2, karbid sa získa v C2H2 alebo CH4, silikid sa získa v silane a Fluorid sa získava v HF alebo CF4 atď. V súčasnej dobe z hľadiska veľkého rozsahu výroby zložených tenkých vrstiev v priemyselnom meradle má technológia reaktívneho nanášania magnetrónovým naprašovaním zrejmé výhody.

1. Mechanizmus reaktívneho rozprašovania

Reakčný rozprašovací proces je znázornený na obrázku 1. Typické reakčné plyny zahŕňajú kyslík, dusík, metán, acetylén, oxid uhoľnatý atď. Počas procesu rozprašovania môže reakčný proces prebiehať na substráte alebo na katóde (po reakcii, migruje ako zlúčenina na substrát) v závislosti od tlaku reakčného plynu. Ak je tlak reakčného plynu vysoký, je možné reagovať na katódový rozprašovací cieľ a potom migrovať ako zlúčenina na substrát za vzniku filmu. Za normálnych okolností je tlak reaktívneho rozprašovania relatívne nízky, takže reakcia v plynnej fáze nie je významná a uskutočňuje sa hlavne ako reakcia v tuhej fáze na povrchu substrátu. Zvyčajne vysoký prúd tečúci v plazme môže účinne podporovať rozklad, excitáciu a ionizáciu molekúl reaktívneho plynu. Počas procesu reaktívneho rozprašovania sa generuje silný prúd častíc pozostávajúci z voľných energeticky nanesených atómov a prúdi z katodového cieľa na substrát rozprašované cieľové atómy, čím prekonáva aktivačnú prahovú energiu rastu difúzie tenkého filmu na substráte na výrobu zložených fólií.

Obrázok 1. Schéma reaktívneho rozprašovania

2. Vlastnosti reaktívneho rozprašovania

Reaktívny magnetrónový naprašovanie sa týka dodávania reakčného plynu, ktorý reaguje s rozprašovanými časticami počas rozprašovania, aby sa vytvoril tenký tenký film. Môže reagovať s reaktívnym plynom, kým je zlúčený cieľ je naprašovaný . Môže tiež reagovať s reakčným plynom, zatiaľ čo cieľ kovu alebo zliatiny sa naprašuje, aby vznikla zlúčenina s vopred určeným chemickým zložením. Reaktívne magnetronové rozprašovanie z tenkých tenkých vrstiev je charakterizované:

◆ Vysoká čistota sa dá ľahko získať z cieľových materiálov (ciele s jedným prvkom alebo viaczložkových cieľov) a reaktívnych plynov používaných na reaktívne rozprašovanie magnetrónu, a preto je výhodné pripraviť zmesové tenké filmy s vysokou čistotou.

♦ V reaktívnom magnetronovom rozprašovaní môže byť nastavením parametrov procesu nanášania vytvorená zlúčenina, ktorá má stechiometrické proporcie alebo nestechiometrické proporcie, aby sa dosiahlo účel regulácie vlastností filmu úpravou zloženia filmu.

♦ Pri reaktívnom nanášaní magnetrónovým naprašovaním nie je teplota substrátu vo všeobecnosti príliš vysoká. Okrem toho proces vytvárania filmu zvyčajne nevyžaduje veľmi vysoké zahrievanie substrátu, takže na substrátovom materiáli je menšie obmedzenie.

◆ Reaktívny magnetrónový rozprašovač je vhodný na výrobu rovnomerných tenkých vrstiev veľkých plôch a môže dosiahnuť priemyselnú výrobu jedného stroja s ročnou produkciou miliónov štvorcových metrov náteru.