Konsep, Keuntungan dan Kerugian Dari Sputtering Magnetron Yang Seimbang

Magnetron sputtering seimbang adalah jenis magnetron sputtering konvensional. Sebuah magnet permanen atau kumparan magnetik yang memiliki medan magnet tertentu sama atau dekat dengan medan magnet inti ditempatkan di belakang target katoda, dan medan magnet yang tegak lurus terhadap arah medan listrik terbentuk di permukaan target. Ruang pengendapan diisi dengan sejumlah gas kerja, dan biasanya itu adalah Ar. Atom Ar terionisasi menjadi ion Ar + dan elektron di bawah tekanan tinggi untuk menghasilkan pancaran cahaya. Ar + ion membombardir target setelah dipercepat oleh medan listrik dan kemudian mengeluarkan atom, ion dan ion target, elektron sekunder, dll.

Di bawah aksi medan elektromagnetik yang saling tegak lurus, elektron bergerak dengan cara sikloidal dan mereka terperangkap di permukaan target untuk memperpanjang lintasan mereka dalam plasma, dan meningkatkan partisipasi mereka dalam tabrakan dan ionisasi molekul gas, dan ionisasi lebih banyak ion meningkatkan laju ionisasi gas. Debit dapat dipertahankan pada tekanan gas yang lebih rendah. Oleh karena itu, magnetron sputtering tidak hanya mengurangi tekanan gas selama proses sputtering, tetapi juga meningkatkan efisiensi sputtering dan tingkat deposisi.

Namun, magnetron sputtering seimbang juga memiliki kerugian. Misalnya, karena medan magnet, elektron yang dihasilkan oleh pancaran pijar dan elektron sekunder tergagap dibatasi secara ketat di dekat permukaan target oleh medan magnet paralel, dan wilayah plasma sangat terbatas di area sekitar 60 mm pada permukaan target, konsentrasi plasma dengan cepat menurun ketika jarak dari permukaan target meningkat. Pada saat ini, benda kerja hanya dapat ditempatkan dalam kisaran 50 hingga 100 mm target untuk meningkatkan efek penembakan ion. Pelapisan efektif yang singkat seperti itu membatasi dimensi geometris benda kerja untuk disepuh, sehingga tidak cocok untuk benda kerja besar atau pemuatan batch, yang membatasi penerapan teknologi sputtering magnetron. Dalam kasus magnetron sputtering seimbang, energi partikel target yang dikeluarkan rendah, dan kekuatan ikatan dari basis film buruk. Atom pengendapan energi rendah memiliki mobilitas yang rendah pada permukaan substrat dan dengan mudah menghasilkan film dengan struktur kolumnar berpori dan kasar. Meningkatkan suhu benda kerja tentu dapat meningkatkan struktur dan kinerja film, tetapi dalam banyak kasus, bahan benda kerja itu sendiri tidak dapat menahan suhu tinggi yang dibutuhkan.

Gbr. 1 (a) Peredaran magnetron seimbang (b) Magnetron sputtering tidak seimbang

Munculnya magnetron tidak seimbang sputtering sebagian mengatasi kelemahan di atas dengan memperkenalkan plasma pada permukaan target katoda ke kisaran 200-300 mm di depan target sputtering, sehingga substrat direndam dalam plasma, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1 Dengan cara ini, di satu sisi, atom dan partikel yang tergelincir diendapkan pada permukaan substrat untuk membentuk film tipis. Di sisi lain, plasma membombardir substrat dengan energi tertentu, yang bertindak sebagai deposisi dibantu ion ion dan sangat meningkatkan kualitas film.