辅助磁场约束非平衡磁控溅射等离子体放电特性研究

论文摘要

本文首先对磁控溅射薄膜沉积技术的发展和应用做了详细阐述。介绍了几种典型的溅射沉积方法及它们的特点,陈述了磁控溅射技术在薄膜沉积领域的应用前景,并结合实验中的溅射靶材料介绍了铜膜在微电子领域已经太阳能开发领用的应用。文中介绍了一种新型的磁控溅射设备,它是在传统非平衡磁控溅射装置的基础上,在保留了其诸多优点的前提下,将三组辅助磁铁环安装在放电室的周围,形成了对放电室中等离子体的一种磁约束,目的是通过改变放电室中的磁场位型,来改善等离子体放电特性。文中利用有限元分析的方法,通过ANSYS模拟软件,分别对传统非平衡磁控溅射和辅助磁场约束条件下的真空室内磁场位型做了模拟,描绘出真空室中磁通量的空间变化。通过比较二者磁场位型的区别,结合非均匀磁场对带电粒子的作用理论,分析出辅助磁场对等离子体中各种离子的约束作用以及对等离子体放电特性的改善效果。Langmuir探针作为一种测量等离子体参数的简单而又理想的方法被应用于实验研究。通过伸入放电室中的Langmuir探针,可以测量包括等离子体电位、电子温度、电子密度、离子密度在内的许多表征等离子体的重要参数。通过对增加辅助磁场前后的上述等离子体参数的比较分析,可以看出,辅助磁场对等离子体的约束作用可以很好地改善等离子体参数以及它们的空间分布。通过对等离子体参数随气压的变化分析可以看出辅助磁场约束对等离子体参数随气压的变化性质也有一定的优化作用。同时,为了考察增加辅助磁场前后等离子体电离率的变化,实验中利用发射光谱法,对476.49nm的氩离子谱线、696.54nm的氩原子、459.69nm的铜离子谱线以及521.82nm的铜原子谱线谱线做了采集,用它们的强度比的变化来定性表征等离子体电离率的变化。通过强度比随气压变化的曲线图得出辅助磁场对等离子体电离率的提高有一定程度的作用的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 溅射沉积技术的发展与应用
• 1.1 溅射现象
• 1.2 典型溅射沉积方法
• 1.2.1 直流溅射
• 1.2.2 射频溅射
• 1.2.3 平衡磁控溅射
• 1.2.4 非平衡磁控溅射
• 1.3 溅射沉积的应用以及沉积铜膜的用途
• 1.3.1 溅射沉积的应用
• 1.3.2 沉积铜膜的用途
• 1.4 本工作的目的意义和研究内容
• 2 辅助磁场约束非平衡磁控溅射放电等离子体的产生装置
• 2.1 设计思想
• 2.2 实验装置及磁场分布
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 外磁场的选择
• 2.2.3 随空间缓变磁场中粒子受力分析
• 2.2.4 磁场空间分布模拟
• 2.3 本章小结
• 3 用Langmuir探针测量等离子体参数
• 3.1 Langmuir探针诊断系统介绍
• 3.1.1 Langmuir探针简单介绍
• 3.1.2 由Langmuir探针得到的I-V特性曲线
• 3.1.3 Laframboise理论
• 3.2 Langmuir探针对非平衡磁控溅射等离子体参数测量结果
• 3.2.1 等离子体电位
• 3.2.2 电子温度
• 3.2.3 电子密度和离子密度
• 3.3 本章小结
• 4 非平衡磁控溅射原子发射光谱研究
• 4.1 原子发射光谱介绍
• 4.1.1 原子发射光谱发展
• 4.1.2 发射光谱概述
• 4.1.3 光谱谱线的分析
• 4.2 非平衡磁控溅射等离子体发射光谱测量
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢