Diagnostyka plazmy magnetronowej

Abstract

Prezentowana praca dotyczy diagnostyki plazmy magnetronowej otrzymywanej w magnetronie kołowym MK100 wykorzystywanym do otrzymywania cienkich warstw warystorowych Zn-Bi-O. Przedstawia wyniki pomiarów składu chemicznego plazmy wykonane monochromatorem M250. Skład chemiczny plazmy badano w funkcji parametrów procesu rozpylania magnetronowego tj. odległość target podłoże, moc wydzielona na targecie, skład i ciśnienie gazów roboczych. Zauważono, że koncentracja jonów cynkowych i bizmutowych maleje wraz ze wzrostem odległości od targetu. Świadczy o tym zmniejszanie się intensywności linii charakterystycznych danych pierwiastków. Stwierdzono również, że szybkość osadzania bizmutu jest większa niż cynku. Powoduje to, że otrzymane warstwy mają inny skład chemiczny niż rozpylany target. Głównym zadaniem było określenie takich parametrów rozpylania, aby otrzymywać warstwy warystorowe o określonym stosunku wagowym cynku do bizmut, ponieważ ten stosunek decyduje o właściwościach warystorowych uzyskanych warstw.
Autor: Marek KRAWCZYK

1. METODYKA POMIARóW

Pomiary wykonano na stanowisku badawczym zbudowanym według schematu przedstawionego na rys.1. Zasadnicze części układu stanowią obwód zasilający, stanowisko próżniowe z wyrzutnią magnetronową MK100 oraz układ pomiarowy złożony z monochromatora M250 i komputera PC.

1.1 OBWóD ZASILAJĄCY

Obwód zasilający układu stanowi jednostka DPS (Dora Power System). Jest to źródło napięcia impulsowego o wartości 1,2 kV oraz częstotliwości f = 200 kHz modulowanym z częstotliwością 2 kHz. Zaletą takiego układu jest możliwość zmiany mocy czynnej wydzielonej na targecie regulując ilość impulsów 200 kHz podawanych w paczkach z częstotliwością 2 kHz a nie zmianą amplitudy napięcia jak w innych metodach zmiennoprądowych.



1.2 STANOWISKO PRóŻNIOWE

Najważniejszym elementem stanowiska próżniowego jest wyrzutnia magnetronowa MK100. Wyrzutnia ta służy do rozpylania targetów kołowych o średnicy 80 mm. Zestaw pomp próżniowych (rotacyjna pompa olejowa oraz pompa dyfuzyjna) pozwala osiągnąć wewnątrz komory ciśnienie p<110-4 Tr. Jednakże tak niskie ciśnienie nie jest wymagane w procesie rozpylania magnetronowego, ponieważ już przy ciśnieniu p=5*10^-3 Tr proces rozpylania praktycznie nie zachodzi z powodu zbyt niskiej zawartości jonów gazów roboczych. Powstająca w czasie pracy magnetronu plazma wypełnia przestrzeń pomiędzy targetem a podłożem. Precyzyjne wykonanie pomiaru ułatwia umieszczony wewnątrz komory układ światłowodów rurowych. Ich rozmieszczenie pozwala na badanie plazmy w funkcji odległości od targetu w przedziale 10–80 mm z rozdzielczością 10 mm. Fale dyfrakcyjne poprzez światłowody rurowe są przekazywane do światłowodu kwarcowego, z którego dalej są przenoszone na siatki dyfrakcyjne monochromatora.

1.3 UKŁAD POMIAROWY

Monochromator M250 jest zbudowany w układzie Czerny – Turner'a o ogniskowej 1/4 m. Dzięki zastosowaniu odpowiednich siatek dyfrakcyjnych monochromator M250 umożliwia wyfiltrowanie dowolnej linii w zakresie widma widzialnego oraz „skanowanie” całego widma z maksymalną rozdzielczością 0,05 nm. Przyrząd ma wbudowane silniki krokowe umożliwiające automatyczne rozwijanie widma w czasie [1]. Sterowanie monochromatorem realizuje się za pomocą komputera PC. Zastosowanie komputera umożliwia szybkie i proste zapisywanie wyników pomiarów do pliku tekstowego.