Tasakaalustatud magnetronipurrete kontseptsioon, eelised ja puudused

Tasakaalustatud magnetroni pihustamine on omamoodi tavaline magnetronipurk. Püstine magnet või magnetpooli, millel on teatud magnetvälja, mis on südamiku magnetväljaga võrdne või sellega lähedal, paigutatakse katoodeesmärgi taha ja elektrivälja suuna suhtes risti olev magnetväli moodustub sihtmärk. Segukamber on täidetud teatud kogusega töögaasi ja tavaliselt on see Ar. Ar aatom ioniseeritakse Ar + ioonideks ja elektronideks kõrgsurvega, et tekitada hõõgusust. Ar + ioon pommitab sihtmärgi pärast elektrivälja kiirendamist ja seejärel purustab siht-aatomid, ioonid ja ioonid, sekundaarsed elektronid jms.

Mutteri perpendikulaarsete elektromagnetväljade toimel liiguvad elektronid tsükloidsel viisil ja nad satuvad sihtmärgi pinnale lõksu, et pikendada oma trajektoori plasmas ja suurendada nende osalemist gaasimolekulide kokkupõrkedes ja ionisatsioonis ning ioonides rohkem ioone suurendada gaasi ionisatsioonikiirust. Väljundi saab hoida madalamal gaasirõhul. Seepärast ei vähenda magnetrooni pihustamine gaasirõhku mitte ainult pihustamisprotsessi ajal, vaid parandab ka pihustustõhusust ja sadestumise määra.

Samas on ka tasakaalustatud magnetrooni pihustamisel puudusi. Näiteks magnetvälja tõttu tekivad hõõggaasiga tekitatud elektronid ja pihustatud sekundaarsed elektronid tihedalt paralleelselt asetseva magnetvälja lähedal oleva sihtpinna lähedal ja plasmaga piirneb tugevalt umbes 60 mm sihtpinna suurenedes väheneb plasma kontsentratsioon kiiresti, kuna kaugus sihtpinnast suureneb. Selleks ajaks saab töödeldavat detaili paigutada ainult 50-100 mm ulatuses, et suurendada ioonpommituse mõju. Selline lühike efektiivne katmispiirkond piirab kaetud detaili geomeetrilisi mõõtmeid, mistõttu see ei sobi suurte toorikute või partiide koormamiseks, mis piirab magnetroni pihustamise tehnoloogiat. Tasakaalustatud magnetronipurrete puhul on väljavoolatud sihtmärke sisaldavate osakeste energia madal ja kilebaasi sidumisvõime on halb. Madala energiasisaldusega sadestumise aatomitel on madala mobiilsusega põhimiku pinnal ja kergesti tekib poorne ja jämeda kolonni struktuuriga kile. Tooriku temperatuuri tõus võib kindlasti parandada filmi struktuuri ja toimivust, kuid paljudel juhtudel ei saa tooriku materjal ise vastu pidada vajalikele kõrgetele temperatuuridele.

Joonis 1 a) Tasakaalustatud magnetronipurk (b) tasakaalustamata magnetronipurk

Ebastabiilse magnetronipurrete tekkimine võidab osaliselt ülalmainitud puudusi, sisestades katoodi sihtpinna plasmast pihustamise sihtmärgi ette 200-300 mm ulatuses nii, et substraat on plaadile kastetud, nagu on näidatud joonisel fig. 1 Sel viisil ühelt poolt sadestatakse pihustatud aatomid ja osakesed substraadi pinnale, et moodustada õhuke kile. Seevastu plasma pommitab substraadi teatud energiaga, mis toimib ioonkiirguse abiainetena ja parandab oluliselt filmi kvaliteeti.