Вольт-амперна характеристика розряду

Однією з основних характеристик розряду є вольт амперна характеристика (ВАХ), яка суттєво залежить від величини робочого тиску та індукції магнітного поля. Типові ВАХ магнетронних систем наведені на рис. 2.

 

               а                                        б

 

Рис. 2. Вольт-амперні характеристики магнетронних розпилювальних систем з алюмінієвою мішенню: при різному тиску і постійному магнітному полі В = 0,03 Тл (а); при різній індукції магнітного поля і постійному тиску       Р = 0,3 Па (б)

 

Із зростанням тиску ВАХ зміщуються в область менших робочих напруг, при цьому вигляд залежності стає більш лінійним. Аналогічним чином впливає і індукція магнітного поля. Залежності мають більш лінійний вигляд при більших значеннях магнітного поля. Слід також відмітити, що на ВАХ розряду також впливають матеріал мішені та її форма, яка змінює вигляд у процесі розпилення матеріалу (рис. 3). Так, утворення кратера в зоні роспилення мішені призводить до зміщення ВАХ в область менших робочих напруг через покращення умов локалізації плазми, причому це зміщення росте зі збільшенням Р.

Процес іонного розпилення матеріалу мішені залежить від багатьох факторів: енергії, маси, атомного номеру і кута падіння бомбардуючих іонів; маси і атомного номеру атомів, що розпилюються; температури і якості обробки поверхні мішені тощо. На ефективність розпилення впливає також і величина тиску робочого газу. Очевидно, що при деякому пороговому тиску розпилення починає зменшуватися.

 

                    а                                          б

 

Рис. 3. ВАХ магнетронної системи розпилення: з плоскою мішенню з різних металів при Р = 0,5 Па і В = 0,08 Тл (а); з конічною новою (суцільні лінії) та еродованою (штрихові лінії) мішенями при В = 0,06 Тл і різному тиску (б)

 

Це пояснюється збільшенням вірогідності повернення розпилених атомів на мішень при збільшенні тиску внаслідок процесів зворотної дифузії і зворотного розсіювання. Під зворотною дифузією слід розуміти повернення на мішень розпилених атомів, що мають середню кінетичну енергію, яка дорівнює середній кінетичній енергії робочого газу. Таке повернення може відбуватися з відстаней, що значно перевищують довжину вільного пробігу розпилених атомів λ _а. Зворотне розсіювання представляє собою повернення розпилених атомів на мішень у результаті розсіювання на атомах робочого газу. Цей процес відбувається на відстанях, що не перевищують λ _а, і характеризується різницею кінетичних енергій і мас часток між якими відбувається зіткнення. У залежності від співвідношення мас атомів матеріалу, що розпилюється, і атомів робочого газу переважає той чи інший процес повернення розпилених атомів на мішень.