平面磁控濺射靶的優(yōu)化設(shè)計及膜厚均勻性分析.pdf

1、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

2、導意義。主要的研究工作如下：
　?。?）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。
　?。?）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

3、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。
　?。?）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

4、，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。
　?。?）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