ЛР6 Магнетронное распыление
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФЭТ
отчет
по лабораторной работе №6
по дисциплине «ТМиЭЭТ»
Тема: Исследование процесса магнетронного распыления
Студенты гр. 5207 |
|
Иванов А.Д. |
|
|
Шабалин А.Е. |
|
|
Макаров К.С. |
Преподаватель |
|
Никитин А.А. |
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: изучение влияния технологических параметров на сопротивление пленки.
Основные положения.
Метод магнетронного напыления тонкой пленки основан на физическом распылении рабочего вещества в высоком вакууме. Cледует выделить три взаимосвязанных процесса:
1) формирование потока рабочего вещества;
2) перенос частиц рабочего вещества от источника к подложке;
3) формирование пленки на подложке.
В вакуумной камере расположен магнетрон и устройства для размещения подложек. На рис. 3.6 представлена типичная конструкция аксиальной МРС. В простейшем случае система представляет собой корпус 1, изготовленный из ферромагнитного материала, в который вставлен постоянный магнит 2 с полюсами N и S. Мишень 3 прижата болтами к корпусу 1 через резиновую прокладку 4. При работе в магнетроне выделяется мощность в несколько киловатт, способствующая нагреву корпуса. Поэтому конструкцию охлаждают потоком водопроводной воды через трубки 5. Корпус 1, являясь
магнитопроводом, совместно с магнитом 2 служит магнитной системой уст-
ройства, которая формирует поле, проникающее через мишень в вакуум. Магнитные силовые линии 6 показаны на рис. 3.6 штриховыми линиями. Электрическое поле в системе создают с помощью мощного источника пита-
ния. Анодом обычно служит вакуумная камера или специальный электрод, установленный в ней. Установка состоит из двух электрических стоек и вакуумной камеры. На правой стойке расположены органы управления вакуумной системой, вакуумметр, натекатель для напуска газа и рукоятка регулирования режима распыления. На левой стойке расположены устройства управления и контроля подогрева подложек и измерительные приборы источника питания МРС.
Для нанесения пленки необходимо:
-
Получить в вакуумной камере высокий вакуум (p = 10-2 Па). Установка представляется к лабораторной работе в рабочем состоянии с разогретым диффузионным насосом. В камеру напущена атмосфера. Для откачки камеры следует закрыть натекатель на левой стороне вакуумной камеры, нажать кнопку «ПВ» и откачать камеру до давления не выше 20 Па, после чего нажать кнопку «ВВ» и открыть затвор диффузионного насоса. Для напуска атмосферы закрыть затвор и открыть натекатель. При измерении остаточного давления выше 0.133 Па в установке используют термопарный вакуумметр.
-
Создать в вакуумной камере рабочую газовую среду. Для этого следует открыть вентиль на баллоне с аргоном и с помощью микрометрического натекателя установить в камере требуемое давление (p1 = 0.8 Па, p2 = 0.6 Па);
-
Включить источник питания МРС. Нажать кнопку «ВЫПР» и ручкой «РЕГ.НАПРЯЖЕНИЯ» на правом пульте установить требуемый ток разряда (I1 = 1.25 A, I2 = 1.15 A). По окончании распыления (t = 60 c) вывести рукоятку «РЕГ. НАПРЯЖЕНИЯ» в крайнее левое положение.
Основные расчетные соотношения.
Линейная модель первого порядка:
ỹ = b0 + b1x1 + b2x2
где b0 , b1, b2 - неизвестные коэффициенты, вычисляемые по результатам эксперимента; х1 х2 - безразмерные нормированные факторы, связанные с реальными факторами соотношением:
Здесь х'j — физический фактор, причем х’1= Iраб , х'2 = pAr; х'j0 - центр плана эксперимента по j-му фактору; Ij - интервал варьирования j-го фактора.
- центр плана эксперимента по j-му фактору;
— интервал варьирования j-го фактора;
x’j min, x'j max максимальный и минимальный уровни j-го фактора.
Обработка результатов эксперимента
Таблица 1 - Исходные данные
№ п/п |
Iраб, А |
pAr, Па |
t, с |
R, Ом |
1 |
1,25 |
0,8 |
60 |
230 |
2 |
1,15 |
0,8 |
60 |
279 |
3 |
1,25 |
0,6 |
60 |
220 |
4 |
1,15 |
0,6 |
60 |
264 |
Ср.знач |
1,2 |
0,7 |
|
248,25 |
Таблица 2 - Результаты расчета построения модели эксперимента.
Уровень фактора, интервал |
Фактор |
|
Iраб, А |
pAr, Па |
|
x’j max |
1,25 |
0,8 |
x’j min |
1,15 |
0,6 |
x’j0 |
1,2 |
0,7 |
Ij |
0,05 |
0,1 |
Таблица 3 – Определение уровня j-го фактора
Номер опыта |
х1 |
х2 |
Ri |
1 |
1 |
1 |
230 |
2 |
-1 |
1 |
279 |
3 |
1 |
-1 |
220 |
4 |
-1 |
-1 |
264 |
Линейная модель первого порядка:
Преобразим полином в следующий вид:
Сравним экспериментальные значения со значениями, полученными из модели:
Экспериментальное сопротивление, Ом |
Рассчитанное сопротивление, Ом |
230 |
231,25 |
279 |
277,75 |
220 |
218,75 |
264 |
265,25 |
Рисунок 1 – Сравнение экспериментальных и теоретических значений при постоянном токе
Рисунок 2 – Сравнение экспериментальных и теоретических значений при постоянном токе
Вывод: в ходе работы была изучена зависимость сопротивления пленки титана от технологических параметров (от давления рабочего газа и тока разряда). По экспериментальным данным была составлена линейная модель первого порядка, значения которой практически совпадают с измеренными сопротивлениями. Проанализировав коэффициенты и , можно заметить, что чем больше ток, тем меньше сопротивление (толще пленка), противоположная ситуация с давлением рабочего газа: чем оно больше, тем больше сопротивление (больше распыление, тоньше пленка).