Přejít k obsahu


Deposition rate enhancement in HiPIMS without compromising the ionized fraction of the deposition flux

Citace: ČAPEK, J., HÁLA, M., ZABEIDA, O., KLEMBERG-SAPIEHA, J. E., MARTINŮ, L. Deposition rate enhancement in HiPIMS without compromising the ionized fraction of the deposition flux. San Diego, USA, 2013.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Deposition rate enhancement in HiPIMS without compromising the ionized fraction of the deposition flux
Rok vydání: 2013
Autoři: Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Matěj Hála , Oleg Zabeida , Jolanta E. Klemberg-Sapieha , Ludvík Martinů
Abstrakt CZ: V této práci systematicky vyšetřujeme a kvantifikujeme různé fyzikální jevy ovlivňující depoziční rychlost aD vrstev Nb připravených vysokovýkonovým pulzním magnetronovým naprašováním (HiPIMS) a navrhujeme přímočarý postup pro zvýšení depoziční rychlosti pomocí kontroly magnetického pole magnetronu. Velikost magnetické indukce na povrchu terče B byla řízena aplikací paramagnetických podložek o různých tloušťkách mezi magnetron a terč. Zjistili jsme, že snížení B vedlo k více než čtyřnásobnému zvýšení aD (z 10,6 na 45,2 nm min?1) při konstantní průměrné terčové výkonové hustotě v pulsu (2,5 kWcm?2). Ionizace depozičního toku na substrát zůstala překvapivě zachována navzdory velmi odlišným výbojovým podmínkám (napětí na magnetronu a výbojový proud). Dále ukazujeme, že pokles depoziční rychlosti, který je typický pro HiPIMS (od 33 % do 84 % ve srovnání s klasickým DC naprašováním), je důsledkem různých fyzikálních procesů v závislosti na hodnotě B: zpětný návrat terčových iontů je hlavním efektem v případě vysokých hodnot B, zatímco v případě nízkých hodnot B musíme vzít v úvahu nejen zpětný návrat terčových částic, ale také efekt nelineární energiové závislosti rozprašovacího výtěžku a změnu transportního mechanismu rozprášených částic. Závěrem také nabízíme teoretické vysvětlení pozorovaných výsledků, které ukazuje, že tato práce je obecně aplikovatelná na výboje HiPIMS (tj. i pro jiné kovové terčové materiály a netečné plyny).
Abstrakt EN: We systematically investigate and quantify different physical phenomena influencing the deposition rate, aD, of Nb coatings prepared by high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS), and propose a straightforward approach for deposition rate enhancement through the control of the magnetron?s magnetic field. The magnetic field strength at the target surface, B, of a 50 mm diameter magnetron was controlled by the application of paramagnetic spacers with different thicknesses in between the magnetron surface and the target. We found that lowering B achieved by the application of a 2.8 mm thick spacer led to an increase in aD by a factor of ?4.5 (from 10.6 to 45.2 nm min?1) when the discharge was operated at a fixed average pulse target power density (2.5 kWcm?2). However, the ionized fraction of the deposition flux onto the substrate was found to be comparable, despite a large difference in B-dependent discharge characteristics (magnetron voltage and discharge current). We show that the decrease in aD commonly observed in HiPIMS (ranging from 33 % to 84 % in comparison with dc magnetron sputtering in the presented experiments) is governed by different physical processes, depending on the value of B: for high B, the back-attraction of the target ions towards the target is the dominant effect, while for low B the ion back-attraction, the sub-linear dependence of the sputtering yield on the ion energy, and the variation in material transport effects are all important. Finally, we offer a theoretical background for the observed results, demonstrating that the here-presented conclusions may be applicable to HiPIMS discharges using different metal targets and different inert gases.
Klíčová slova

Zpět

Patička