射频、甚高频驱动的双频溅射等离子体性能研究

发布时间：2018-08-07 12:03

【摘要】：为了利用磁控溅射技术制备多组元薄膜材料,并有效地调控薄膜组份,采用低频与高频组合、射频与甚高频组合驱动的双频双靶磁控溅射技术成为可能的途径之一。但是,目前双靶磁控溅射主要采用直流和射频驱动的双靶、脉冲直流和射频驱动的双靶或两个相同射频驱动的双靶共溅射技术,缺乏更高频率组合的双频磁控溅射技术。为了发展低频与高频组合、射频与甚高频组合驱动的双频磁控溅射,本文采用2MHz、13.56 MHz、27.12 MHz和60 MHz功率源相互组合形成双频磁控溅射系统,通过拒斥场能量分析技术和Langmuir探针技术,研究了双频磁控溅射和ICP增强的双频磁控溅射等离子体特性。本文研究了2MHz/13.56(27.12、60)MHz、13.56MHz/27.12(60)MHz和27.12MHz/60MHz双频磁控溅射放电等离子体的离子能量分布特性。发现离子能量分布特性取决于低频与高频的功率比和驱动频率。对于2MHz/13.56(27.12、60)MHz的双频磁控溅射,增大低频/高频功率比可以导致离子能量分布从单模结构朝着双模结构变化。对于13.56MHz/27.12(60)MHz和27.12MHz/60MHz的双频磁控溅射,增大低频/高频功率比则导致峰值能量的增大,利用低频与高频的功率比对鞘层振荡的影响机制解释了双频磁控溅射离子能量分布特性变化的可能原因。论文研究了13.56MHz/27.12(60)MHz和27.12MHz/60MHz双频磁控溅射放电等离子体的等离子体密度、电子温度、等离子体电位和电子能量分布特性。发现不同频率组合可以造成这些性能的差异,因此,通过选择适当的频率组合,可以调控双频磁控溅射的等离子体性能。论文进一步研究了ICP增强的13.56MHz/27.12(60)MHz和27.12MHz/60MHz双频磁控溅射放电等离子体特性。发现ICP放电的增强作用与溅射频率的组合有关,需要选择合适的频率组合来改善等离子体性能。因此,发展低频与高频组合、射频与甚高频组合驱动的双频磁控溅射技术对于薄膜沉积与结构性能的调控提供了一种新的手段。
[Abstract]:In order to fabricate multicomponent thin films by magnetron sputtering and effectively control the composition of films, dual-frequency dual-target magnetron sputtering technology driven by combination of low frequency and high frequency, radio frequency and very high frequency is one of the possible ways. However, at present, dual-target magnetron sputtering mainly uses DC and RF driven dual-target, pulse DC and RF driven dual-target co-sputtering technology, and lack of high-frequency combination dual-frequency magnetron sputtering technology. In order to develop a dual-frequency magnetron sputtering system driven by a combination of low frequency and high frequency and a combination of radio frequency and very high frequency, a dual-frequency magnetron sputtering system was developed by combining the power sources of 2MHz 13.56MHz 27.12 MHz and 60 MHz. The rejection field energy analysis technique and the Langmuir probe technique were used. The plasma characteristics of dual frequency magnetron sputtering and ICP enhanced double frequency magnetron sputtering are studied. The ion energy distribution characteristics of 2MHz/13.56 (27.12 ~ 60) MHz / 13.56 MHz / 27.12 (60) MHz and 27.12MHz/60MHz dual-frequency magnetron sputtering discharge plasma have been studied. It is found that the distribution of ion energy depends on the power ratio and driving frequency of low frequency and high frequency. For the dual-frequency magnetron sputtering of 2MHz/13.56 (27.12 ~ (60) MHz), increasing the low frequency / high frequency power ratio can lead to the change of ion energy distribution from single mode structure to double mode structure. For the dual-frequency magnetron sputtering of 13.56MHz/27.12 _ (60) MHz and 27.12MHz/60MHz, the increase of low frequency / high frequency power ratio leads to the increase of peak energy. The influence of low frequency and high frequency power ratio on sheath oscillation is used to explain the variation of ion energy distribution in dual frequency magnetron sputtering. The plasma density, electron temperature, plasma potential and electron energy distribution of 13.56MHz/27.12 _ (60) MHz and 27.12MHz/60MHz dual-frequency magnetron sputtering discharge plasma are studied in this paper. It is found that different frequency combinations can cause these differences. Therefore, the plasma performance of dual-frequency magnetron sputtering can be controlled by choosing the appropriate frequency combination. The plasma characteristics of ICP enhanced 13.56MHz/27.12 (60) MHz and 27.12MHz/60MHz double frequency magnetron sputtering discharge are further investigated. It is found that the enhancement of ICP discharge is related to the sputtering frequency combination, and it is necessary to select a suitable frequency combination to improve the plasma performance. Therefore, the development of dual-frequency magnetron sputtering technology driven by combination of low frequency and high frequency, radio frequency and very high frequency provides a new means for controlling the deposition and structure properties of thin films.
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2

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本文编号：2169962