Оптимизация процесса напыления материала в магнетронной системе распыления

контрольная работа

3. Расчеты

Согласно варианту распыляемый материал - титан. В таблице 3.1 приведены дополнительные характеристики этого материала, необходимые для расчета кольцевого испарителя.

Таблица 2. Характеристики материала, необходимые для расчета.

Материал

Атомный номер Z

Атомная масса М, г/моль

Энергия сублимации Ес, эВ

Плотность , г/см3

Cu

29

63.5

3.56

8.96

Для расчета также необходимы характеристики рабочего газа (аргона):

- Атомный номер иона = 18;

- Атомная масса иона = 40 г/моль;

- Энергия иона = 350 эВ.

Определяю значение безразмерного коэффициента . Для этого нахожу численное значение отношения атомной массы материала мишени к атомной массе рабочего газа:

Ма u=1.59, где Ми и Ма - атомные массы ионов и атомов мишени, г/моль.

Рис 3. Зависимость параметра от отношения Ма и

По графику на рис. 3 находим = 0.33, затем находим коэффициент распыления из следующего выражения:

Плотность ионного тока вычисляется по формуле:

,

Где - плотность ионного тока в сечении, перпендикулярном направлению падения ионов, А/см2;

- ток разряда, равен 6А (по условию);

- площадь кольца распыления. Она определяется следующим выражением:

=19.633см2.

Здесь - радиус распыления (по условию 5 см), - ширина кольца распыления (по условию 0.5 см).

Таким образом, плотность ионного тока будет равна: jи=0.337 А/см2

Определим скорость распыления по формуле:

3.065Ч10-5 см/с,

где е - заряд электрона (1.6х10-19 Кл);

NА - число Авогадро (6.023х1023 атом/моль).

С помощью программы MathCAD построим контурный график распределения толщины напыляемой пленки от радиуса пластины и расстояния до испарителя. Контурный график будем строить для радиуса пластины чуть больше заданного (r меняется в диапазоне от минус 5 до плюс 5 см) и для расстояния между пластиной и испарителем Н от 1 до 16 см.

Первоначально зададим время испарения равным 2500 секунд:

Рис. 4. Контурный график распределения толщины напыляемой пленки от радиуса пластины и расстояния до испарителя при = 2500с.

Из графика на этом рисунке видно, что наиболее равномерную пленку напыляемого материала на пластине радиусом 50 мм можно получить при расстоянии Н, лежащем в пределах от 3 до 12.5 см.

При этом толщина пленки будет принимать значения от 0.1 до 0.4 мкм, а требуется получить пленку толщиной 0.3 мкм. Поэтому следует уменьшить время напыления.

Методом подбора определим, что при времени напыления = 2000с можно получить пленку заданной толщины.

Рис. 5. Контурный график распределения толщины напыляемой пленки от радиуса пластины и расстояния до испарителя при = 2000с.

Выберем расстояние Н равное 5.5 см. Для него построим двумерный график зависимости толщины напыляемой пленки h от расстояния от центра пластины r.

Рис.6. График зависимости толщины напыляемой пленки h от расстояния от центра пластины r при Н = 5.5 см.

На графике определим точки, соответствующие максимальной и минимальной толщине пленки в пределах пластины (-5…5). Максимальное значение достигается при r равном 3 см, а минимальное - при r равном 5 см.

Напишем участок программы, выполняющий вычисление средней толщины пленки и ее неравномерности.

Таким образом, если выбрать время напыления = 2000 с и расстояние между пластиной и распылителем Н =5.5 см, то мы получим пленку толщиной 0.258 мкм с неравномерностью 4.078 %. Необходимо подогнать величину Н.

Рис. 7. График зависимости толщины напыляемой пленки h от расстояния от центра пластины r при Н = 5.2 см.

Таким образом, если выбрать время напыления = 2000 с и расстояние между пластиной и распылителем Н =5.2 см, то мы получим пленку толщиной 0.274 мкм с неравномерностью 2.732 %.

Делись добром ;)