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HiPIMS等离子体“稀薄效应”--新铂科技
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高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)通过脉冲电源的低占空比（1-10%），得到瞬时高峰值电流，从而能够获得比常规磁控溅射高三个数量级辉光，辉光放电期间也伴随着一系列特别的现象，如“等离子体稀薄效应”。 稀薄效应最早由Rossnagel和Hoffman[1][2]提出，在磁控溅射过程中，用气压测试探头测试靶面等离子体产生过程中气体密度下降的现象。解释这种现象是由于气体被高能碰撞原子加热所致，特别是在HiPIMS溅射过程中，高的峰值电流产生，大量的热量，使得靶面气体快速升温，膨胀稀薄化。Kadlec[3]通过Montec Carlo模拟靶面稀薄现象，如图1所示；在HiPIMS溅射过程中，在脉冲启动的几微米内，空气稀薄效应非常强，模拟得出在20us之后溅射的金属离子远远超出气体密度，而且以金属离子为主；从OES实际测量不同电流密度放电下，金属与气体粒子变化过程，如图2所示[4]，证实稀薄效应存在； (a) 探测到金属离子种类增加，随着峰值电流增加，Cr离子持续增加，而气体粒子变化不大； (b) 电流增加，金属离子和离子持续增加； (c) 随着电流密度继续增加到1.6Acm-2，Ar粒子信号开始下降，证实了稀薄效应存在； (d) 峰值电流进一步增加，稀薄效应被证实，Ar离子和粒子持续下降。 图片 图1 稀薄模型模拟出在靶刻蚀区域前面随着脉冲时间变化Ar气体密度变化过程 图片 图2 OES探测不同电流密度下金属粒子与气体粒子变化过程 HiPIMS放电中等离子体“稀薄效应”的存在，使得气体粒子和金属离子在时间上存在分离，为后续HiPIMS工艺中分离气体离子和金属离子提供可能，更加方便调控纯金属离子来制备膜层工艺。 参考文献： [1] S.M. Rossnagel, H.R. Kaufman, J. Vac. Sci. Technol. A 5 (1987) 2276 [2] D.W. Hoffman, J. Vac. Sci. Technol. A 3 (1985) 561. [3] S. Kadlec, Plasma Processes Polym. 4 (2007) S149. [4] J. Alami, K. Sarakinos, G. Mark, M. Wuttig, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 154104. |
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