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真空镀膜设备真空镀膜机圆柱靶的设计

作者:温州驰诚真空机械有限公司 来源:http://www.wzcczk.com 发布于:2015-10-5 22:11:45

真空镀膜设备真空镀膜机圆柱靶的设计

 本真空镀膜机在以前工作的基础上设计了新结构的圆柱阴极靶。多弧圆柱靶与磁控溅射靶材水平分置基材上下侧共同放电,基材表面在沉积了多弧离子镀大颗粒的同时也沉积了磁控溅射的小颗粒,一方面利用了多弧离子镀的高离化率及离子镀良好的基膜界面层结合力,另一方面利用了磁控溅射沉积薄膜的致密性,形成了一种混凝土式的共混结构,达到耐磨、耐腐蚀的目的。图4 所示的圆柱靶机构设计示意图,采用高磁场强度的钕铁硼磁铁,并用磁流体密封代替传统橡胶密封,从而克服转动部分漏水漏气的缺点。
 通常在磁控靶的设计中大多采用实物靶实验的方法改进磁控靶的性能,多次反复实验从而确定磁铁的磁感应强度和物理结构。随着计算机数值模拟技术的不断发展,特别是计算机模拟软件的应用和普及,目前越来越多的工程设计采用了预先的计算机数值模拟分析技术,然后根据数值模拟的结果进行工程设计,大大简化了设计的研制周期,降低了研发成本。本研究采用有限元分析软件ANSYS 模拟磁场的分布情况,确定了最佳的磁极分布、磁极尺寸和物理结构。目前国际市场的稀土材料大涨造成强磁的钕铁硼磁铁价格也随之大幅度增加,为了降低磁控阴极的生产成本我们又进行了铁氧体磁体的数值模拟,通过改变磁铁同靶材的距离增强靶表面磁感应强度。
 有限元数值模拟圆柱磁控溅射靶磁感应强度的结果。磁铁尺寸为11mm×11mm×30 mm,磁铁磁感应强度1200 Gs,设计的靶表面最大垂直方向磁感应强度为240 Gs。图6 是有限元数值模拟圆柱多弧靶磁感应强度的结果,多弧靶的设计中由于要求的靶表面磁场强度不能太高,我们采用了单磁铁结构,设计的靶表面最大垂直方向磁感应强度为110 Gs,磁铁尺寸11mm×11mm×30 mm,磁铁磁感应强度1200 Gs。本研究中我们还对磁场数值模拟的结果同实际靶的磁场强度分布进行了比对研究。验证试验采用SHT- V 型特斯拉计测量了靶表面水平和垂直方向的磁感应强度,实验结果表面模拟磁感应强度同实际测量结果有较好的一致性,有关结果将另行成文进行描述。根据数值分析的结果设计的两种靶放电情况良好,靶材利用率可达85%。
  辉光弧光共放电的物理特性的研究
  是APSCD 辉光弧光协同共放电的结构原理示意图,多弧圆柱靶与磁控溅射靶分置基材上下侧协同共同放电,辉光弧光等离子体互相增强,基材表面在沉积了多弧离子镀大颗粒的同时也沉积了磁控溅射的小颗粒,形成了一种混凝土式的膜层同镀的共混结构膜层。磁控溅射利用的是气体放电中的异常辉光放电,利用磁场束缚电子,增大电子密度,提高等离子体的密度,其阴极位降很大,且位降区的宽度减小。
  磁控溅射中一般阴极电压为几百伏特, 电流密度<1 mA/cm2,多弧离子镀利用的是弧光放电,电弧放电产生强烈的辐射,放电区中温度最高点几千K,电弧放电其特点是电流密度极大而极间电压低,其自持依赖于新的电子发射机制,其电压一般仅为10 V- 20 V,电流则高达150 A。由于辉光弧光放电的机制不同,在辉光弧光共放电共沉积过程中要分析二者不同的等离子密度增强机制, 研究磁场对置结构下弧斑轨迹的运动的变化规律, 研究弧光放电高强度辐射造成的荷能电子碰撞电离增强特性。
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