外扩型电磁场控制筒形阴极内等离子体放电输运特性的仿真研究

摘要

cqvip:筒形阴极由于具有向内放电的特性,可改善高功率脉冲磁控溅射技术放电不稳定、溅射材料离化率差异大等缺陷.然而其产生的等离子体仅能依靠浓度差扩散的方式向基体运动,沉积速率并没有明显改善,尤其是在远离阴极区域.使用外扩型磁场对离子运动进行引导,可实现等离子体的聚焦和远距离输运,从而减少离子损失,提高沉积效率.本文从模拟和实验的角度对磁场的布局与设置进行研究,并获得不同磁场条件下的等离子体空间和时间输运特性及其对薄膜沉积的影响.结果表明电磁场的引入不仅可以大幅提高筒形阴极内等离子体的引出效率,实现不同程度的引出或聚焦,而且对等离子体放电也产生明显的增强或减弱,可根据不同的需求或材料进行精确调控.通过控制磁场,可获得较强的 HiPIMS 放电和较高的沉积速率,实验结果与仿真预测相符合.该工作完善了 HiPIMS 沉积技术在沉积效率上的不足,拓宽了筒形阴极的溅射工艺窗口和适用范围,有助于 HiPIMS 更进一步的推广与应用.