Principe et caractéristiques de la préparation de couches minces par la méthode de pulvérisation cathodique

Dans une décharge luminescente DC à basse tension, le processus est divisé en cinq zones : la zone cathodique, la zone luminescente négative, la zone obscure de Faraday, la zone de la colonne positive et la zone anodique. L'une de ces zones, la décharge lumineuse anormale, est celle qui est utilisée pour la pulvérisation du film déposé. Lors de la pulvérisation, le substrat agit comme une anode, généralement placée dans la zone de lueur négative, et la cible agit comme une cathode. Étant donné que l'énergie et la vitesse des électrons sont beaucoup plus élevées que celles des ions, une couche de plasma se forme pendant la décharge luminescente et, en raison de la présence du potentiel de gaine, une grande partie de la tension appliquée à l'électrode est absorbée par le potentiel de gaine de la cathode. L'établissement du potentiel de gaine du plasma fait que les ions qui atteignent la cathode sont accélérés en conséquence et gagnent de l'énergie. Par conséquent, les ions ont une énergie élevée lorsqu'ils atteignent la surface de la cathode à travers la région du plasma de la décharge lumineuse, et produisent un effet de bombardement sur la surface de la cathode, de sorte que les molécules et les atomes du matériau de la cathode sont pulvérisés et que le phénomène de pulvérisation se produit. Ces molécules et atomes ont une certaine énergie cinétique et sont projetés dans une certaine direction vers la surface de la pièce à usiner pour former un film mince.

La pulvérisation est un processus complexe qui s'accompagne de divers phénomènes de bombardement ionique. La condition de base pour le dépôt de couches minces est que la plupart des particules éjectées de la surface solide sous l'effet de la collision à grande vitesse des particules incidentes sont des atomes ou des molécules neutres. En outre, les électrons secondaires rayonnés sont les particules élémentaires qui alimentent la décharge lumineuse lors de la pulvérisation, et leur énergie est égale au potentiel de la cible.

La pulvérisation cathodique est la méthode de pulvérisation la plus ancienne pour réaliser des applications techniques. Le dispositif de pulvérisation cathodique est constitué de deux électrodes, la cathode et l'anode, et est donc également appelé pulvérisation cathodique ou pulvérisation à courant continu (CC).

En raison de l'existence de la pulvérisation dipolaire, le taux de dissociation du gaz est faible (entre 0,3 % ~ 0,5%), la vitesse de dépôt est lente, le taux d'utilisation du matériau cible est faible, les électrons font augmenter la température du substrat et d'autres défauts, de sorte que la technologie de pulvérisation n'a pas été largement utilisée au début, afin de compenser ces défauts, la technologie de pulvérisation magnétron a été mise en avant dans les années 1970. La technologie de pulvérisation magnétron atténue les dommages causés au film par la chaleur des électrons secondaires frappant le substrat et améliore le taux de pulvérisation de la pulvérisation dipolaire. Par conséquent, la technologie de pulvérisation magnétron a connu un développement rapide et une large application dès son introduction, et elle est aujourd'hui devenue l'une des principales technologies de revêtement de surface des matériaux.

L'aimant est placé à l'arrière de la cible, de sorte que la surface de la ligne de force magnétique qui pénètre hors de la cible forme une structure perpendiculaire au champ électrique et retourne finalement à la surface de la cible. L'effet de liaison du champ magnétique sur les électrons secondaires à la surface de la cible augmente considérablement la concentration de plasma près de la surface de la cible, ce qui résout efficacement le problème de la faible vitesse de dépôt de la pulvérisation dipolaire ordinaire. Les électrons dans les champs électriques et magnétiques, la trajectoire est courbée, dans le processus de vol vers le substrat les électrons et les atomes de gaz entrent en collision, de sorte que les molécules de gaz ionisées cations et électrons, les électrons vers l'anode, et les cations seront accélérés sous l'action du champ électrique vers la cible, et le bombardement à haute énergie de la surface de la cible, de sorte que la pulvérisation de la cible, la pulvérisation hors des atomes neutres de la cible (ou des molécules) dans le dépôt du substrat de la formation du film.