磁控溅射镀膜相关物理过程的多尺度模拟与实验研究

发布时间：2021-08-10 12:26

　　磁控溅射沉积技术具有沉积温度低、成膜致密性高、薄膜结合力强等优点,并且具有独特能量分布的溅射原子在沉积过程中可对生长表面进行重构。鉴于上述优点,近年来磁控溅射技术被运用于高端微纳制造领域以制备具有特定形貌、结构和厚度的微纳米薄膜,因此需对溅射薄膜的微观形貌、微观晶体结构以及薄膜均匀性进行精确控制。对溅射薄膜性质进行精确调控的关键在于对磁控溅射镀膜所涉及的靶材原子溅射、输运和沉积过程进行系统研究,并探讨磁控溅射工艺参数对薄膜性质的影响机理。然而,目前还很难通过实验手段在线观测这些涉及微观尺度和宏观尺度的物理过程;另外,在数值仿真研究方面,目前相关模拟方法的精度以及相关数值模型的适用性上均存在不足。在此背景下,本文采用一系列多尺度仿真手段对磁控溅射薄膜沉积所涉及的靶材原子的溅射、输运和沉积过程进行了系统研究。本研究的宗旨在于将这些面向工艺运用的仿真方法与实验手段相结合从而实现快速制备高质量的溅射薄膜。主要创新点和研究内容如下:1)低能离子轰击单晶铜靶材溅射过程研究:鉴于低能离子轰击单晶靶材所引发的溅射过程中原子沿特定方向优先出射（形成“Wehner斑点”）的机理仍存在争议。本文采用分子动力... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

磁控溅射镀膜技术应用领域近几年，在落实创新驱动发展战略以及推动“中国制造2025”的大背景下,在通

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文作用下加速轰击靶材表面。高能溅射气体离子对靶面的轰击一方面导致一部面原子获得反冲能量而脱离靶面成为溅射原子并最终沉积在衬底表面；另一二次电子从靶材表面发射并在阴极靶面鞘层作用下加速进入辉光放电等离进入等离子体区的二次电子在靶面磁场的束缚作用下运动，并与溅射气体原撞而使其电离，因此二次电子是磁控放电得以自持的重要能量来源。

图 1-2 磁控溅射镀膜原理图.2 磁场对电子的束缚作用靶材表面磁场对二次电子的束缚作用显著提高了靶面附近等离子体浓度，从而解决了普通二极溅射沉积速率低的问题。因此，电子在靶面磁场的束缚作用下的过程是理解磁控溅射原理的关键。图 1-3 展示了磁控溅射靶面附近的电场和磁场布情况。


本文编号：3334060