本文關(guān)鍵詞：平面磁控濺射靶的優(yōu)化設(shè)計(jì)及膜厚均勻性分析　出處：《陜西科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：在真空鍍膜中,磁控濺射以濺射溫度低、沉積速率高的特點(diǎn)廣泛應(yīng)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(chǎng)分布不均,冷卻系統(tǒng)換熱效率低以及膜厚均勻性差等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題,本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,對(duì)小圓平面磁控濺射靶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及膜厚均勻性分析,改進(jìn)了靶材性能和薄膜質(zhì)量,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。主要的研究工作如下:(1)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(duì)直流輝光放電過(guò)程進(jìn)行模擬,得到了電子和重粒子隨時(shí)間變化的空間分布以及放電穩(wěn)定時(shí)電勢(shì)和電場(chǎng)的分布規(guī)律,結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)放電特性進(jìn)行分析,并利用輝光放電的相關(guān)理論基礎(chǔ)驗(yàn)證了模型的正確性。(2)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)。為得到理想的靶面水平磁場(chǎng)分布,利用Comsol5.2軟件對(duì)靶面磁場(chǎng)進(jìn)行模擬,并提出了加裝導(dǎo)磁片的優(yōu)化模型。模擬結(jié)果顯示:當(dāng)內(nèi)磁環(huán)高度h=10mm、外磁環(huán)與靶材間距d=7mm時(shí),靶面水平磁感應(yīng)強(qiáng)度分布較為理想;通過(guò)選用合適的導(dǎo)磁片長(zhǎng)度、厚度以及導(dǎo)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(chǎng)分布。(3)為保證磁控濺射過(guò)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(diǎn)提出了新的冷卻結(jié)構(gòu)。利用Fluent對(duì)冷卻系統(tǒng)的換熱進(jìn)行模擬,并通過(guò)改變冷卻通道結(jié)構(gòu)以及進(jìn)出口的方向來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(duì)于任意冷卻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),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(jìn)出口沿著冷卻內(nèi)腔切向方向且呈相對(duì)平行時(shí),冷卻系統(tǒng)的換熱效果最優(yōu),靶表面溫度分布也更均勻。(4)為實(shí)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做等距間歇運(yùn)動(dòng)、基片自轉(zhuǎn)的方式,并控制靶材的移動(dòng)步長(zhǎng)及基片的自轉(zhuǎn)速率。根據(jù)磁控濺射相關(guān)理論,建立了膜厚分布的數(shù)學(xué)模型,并利用Matlab進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬結(jié)果顯示:在其他條件不變的情況下,膜厚均勻性主要受到靶材的停頓時(shí)間和移動(dòng)步長(zhǎng)的影響。當(dāng)靶材的停頓時(shí)間與其在基片上的掃描面積成正比時(shí),膜厚均勻性得到極大改善;膜厚偏差隨著靶材移動(dòng)步長(zhǎng)的減小而減小,當(dāng)移動(dòng)步長(zhǎng)為5mm時(shí)膜厚均勻性最好。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1324437