本文關(guān)鍵詞：平面磁控濺射靶的優(yōu)化設(shè)計及膜厚均勻性分析　出處：《陜西科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：在真空鍍膜中,磁控濺射以濺射溫度低、沉積速率高的特點廣泛應用于各種薄膜制造中,在科研領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。磁控濺射靶作為鍍膜設(shè)備的核心部件,直接影響著濺射工藝的穩(wěn)定性以及膜層的均勻性。而傳統(tǒng)的磁控濺射靶往往存在靶面水平磁場分布不均,冷卻系統(tǒng)換熱效率低以及膜厚均勻性差等問題。針對這些問題,本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,對小圓平面磁控濺射靶進行優(yōu)化設(shè)計以及膜厚均勻性分析,改進了靶材性能和薄膜質(zhì)量,對實際生產(chǎn)具有一定的參考價值和指導意義。主要的研究工作如下:(1)在濺射鍍膜及直流輝光放電理論的基礎(chǔ)上,建立了濺射系統(tǒng)的二維氬氣直流輝光放電模型,利用Comsol5.2對直流輝光放電過程進行模擬,得到了電子和重粒子隨時間變化的空間分布以及放電穩(wěn)定時電勢和電場的分布規(guī)律,結(jié)合模擬結(jié)果對放電特性進行分析,并利用輝光放電的相關(guān)理論基礎(chǔ)驗證了模型的正確性。(2)在直流輝光放電模擬及傳統(tǒng)圓平面磁控濺射靶結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了雙環(huán)磁控濺射靶結(jié)構(gòu)。為得到理想的靶面水平磁場分布,利用Comsol5.2軟件對靶面磁場進行模擬,并提出了加裝導磁片的優(yōu)化模型。模擬結(jié)果顯示:當內(nèi)磁環(huán)高度h=10mm、外磁環(huán)與靶材間距d=7mm時,靶面水平磁感應強度分布較為理想;通過選用合適的導磁片長度、厚度以及導磁片與磁環(huán)之間的間距,可極大程度上改善靶材的水平磁場分布。(3)為保證磁控濺射過程的穩(wěn)定性及靶材的正常溫度,根據(jù)雙環(huán)磁控濺射靶的結(jié)構(gòu)特點提出了新的冷卻結(jié)構(gòu)。利用Fluent對冷卻系統(tǒng)的換熱進行模擬,并通過改變冷卻通道結(jié)構(gòu)以及進出口的方向來進行優(yōu)化設(shè)計。模擬結(jié)果顯示:平面冷卻通道的換熱效果優(yōu)于蛇形冷卻通道,且靶表面凸起結(jié)構(gòu)能有效增加水流湍流效果;對于任意冷卻結(jié)構(gòu)來說,隨著入口水流速度的增加,靶表面最高溫度明顯降低;水流進出口沿著冷卻內(nèi)腔切向方向且呈相對平行時,冷卻系統(tǒng)的換熱效果最優(yōu),靶表面溫度分布也更均勻。(4)為實現(xiàn)小靶材在大面積基片上的均勻鍍膜,提出了一種新的磁控濺射鍍膜方法,將傳統(tǒng)的固定靶基工況改為靶材沿基片徑向做等距間歇運動、基片自轉(zhuǎn)的方式,并控制靶材的移動步長及基片的自轉(zhuǎn)速率。根據(jù)磁控濺射相關(guān)理論,建立了膜厚分布的數(shù)學模型,并利用Matlab進行模擬計算。模擬結(jié)果顯示:在其他條件不變的情況下,膜厚均勻性主要受到靶材的停頓時間和移動步長的影響。當靶材的停頓時間與其在基片上的掃描面積成正比時,膜厚均勻性得到極大改善;膜厚偏差隨著靶材移動步長的減小而減小,當移動步長為5mm時膜厚均勻性最好。
【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB306

【參考文獻】

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本文編號：1324437