Přejít k obsahu


Return of target material ions leads to a reduced hysteresis in reactive high power impulse magnetron sputtering: Experiment

Citace:
ČAPEK, J., KADLEC, S. Return of target material ions leads to a reduced hysteresis in reactive high power impulse magnetron sputtering: Experiment. Journal of Applied Physics, 2017, roč. 121, č. 17, s. "171911-1"-"171911-10". ISSN: 0021-8979
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Return of target material ions leads to a reduced hysteresis in reactive high power impulse magnetron sputtering: Experiment
Rok vydání: 2017
Autoři: Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Stanislav Kadlec
Abstrakt CZ: Titanové a hliníkové terče byly reaktivně rozprašovány v plynných směsích Ar+O2 a Ar+N2 za účelem systematického zkoumání efektu mizení hystereze při reaktivním vysokovýkonovém pulzním magnetronovém naprašování (HiPIMS). Hysterezní chování za podmínek HiPIMS bylo porovnáváno s naprašovacími technikami, které pracují za nízké hodnoty výkonové hustoty výboje (např. naprašování stejnosměrným proudem nebo pulzním proudem s opakovací frekvencí pulzů ve středních hodnotách). Všechny zkoumané výboje byly provozovány při stejné hodnotě průměrného výkonu výboje. Bylo zjištěno, že záporná směrnice závislosti průtoku reaktivního plynu, který je sorbován rozprášeným terčovým materiálem, na parciálním tlaku reaktivního plynu je nižší v případě HiPIMS. Toto chování vede k nižší kritické čerpací rychlosti a následně i k omezení hysterezního chování. Nejdůležitějším efektem, který vysvětluje naměřená experimentální data, je pokrývání zreagovaných částí terče navrácenými ionty terčového materiálu. Tento efekt vede k efektivnímu snížení pokrytí terče reakčním produktem při daném parciálním tlaku. Prezentované vysvětlení je podpořeno analytickým modelem s časovým a prostorovým průměrováním.
Abstrakt EN: Titanium and aluminum targets have been reactively sputtered in Ar+O2 or Ar+N2 gas mixtures in order to systematically investigate the effect of reduced hysteresis in reactive high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) as compared to other sputtering techniques utilizing low discharge target power density (e.g., direct current or pulsed direct current mid-frequency magnetron sputtering) operated at the same average discharge power. We found that the negative slope of the flow rate of the reactive gas gettered by the sputtered target material as a function of the reactive gas partial pressure is clearly lower in case of HiPIMS. This results in a lower critical pumping speed, which implies a reduced hysteresis. We argue that the most important effect explaining the observed behavior is covering of the reacted areas of the target by the returning ionized metal, effectively lowering the target coverage at a given partial pressure. This explanation is supported by a calculation using an analytical model of reactive HiPIMS with time and space averaging (developed by us).
Klíčová slova

Zpět

Patička