高功率脉冲磁控溅射仿真技术研究进展

摘要

磁控溅射技术广泛用于制备多种功能涂层/薄膜材料,随着材料加工的精密化和功能器件的微型化,其已成为工业生产中必要环节。磁控溅射的发生基于等离子体放电,但由于等离子体负载的非线性和不稳定性,试验研究相对困难,促使其仿真技术在过去的几十年快速发展,并逐渐成为新型真空涂层装备开发和工艺验证重要且高效的手段。尤其是随着高离化磁控溅射等新技术的提出,等离子体的不确定性加强,检测越来越难,使仿真技术得到进一步的发展和推进。针对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术,对近年来等离子体仿真技术研究进展及其在HiPIMS放电机理和等离子体特性方面的应用进行综述。以多种等离子体仿真模型为切入点,分别介绍检验电子Monte Carlo模型、流体模型、粒子网格/蒙特卡洛(PIC/MCC)模型、参数路径模型以及整体模型等仿真模型的原理、优缺点及其在HiPIMS技术研究中的贡献和不足。随着等离子体放电技术的进步,等离子体特性越来越复杂,等离子体仿真技术也相应地向更高维度、精度和自由度的方向不断升级,最后总结等离子体仿真技术的研究方向,并对其发展及其对HiPIMS可能的推动作用进行展望。