Magnetron sputtering

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Experimentos

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Construccin del sistema para deposicin de materiales Magnetrn sputtering OsciIoscopio Ventana de Cuarzo Entrada / SaIida de substratos Fuente CD puIsada Fuente CA bipoIar puIsada Fuente CD ReactorMagnetrn Sputtering Sonda de AIto VoItaje Sensorde presin Bomba TurbomoIecuIar ControIadorde presin VIvuIa 1 VIvuIa 2 VIvuIa 3 ExteriorInterior Ctodo Imanes PIasma Sensor de Presin ControIador nodo Lentes Substrato Imanes BIanco (target) Ctodo EspectrmetroSonda deFibra ptica DistanciaAjustabIe Fuente C.A. bipoIar puIsada Bomba Mecnica BombaTurbomoIecuIar Reactor MagnetrnSputtering

vd id

Ar O2 Mecanismo para despIazar eI nodo Ventana de cuarzo Lneas espectraIes Diagrama a bloques del sistema Magnetrn sputtering en modo reactivo Tipos de fuentes para magnetrn sputtering Ar+ Ar+ Ar+ Ar+ Ar+ V+ V- e- e- e- e- e- BIanco (target)BIanco (target) Sputtering NormaI Limpiezade cargas Fuente CD puIsada 0 Fuente CD bipolar pulsadaFuente CA bipolar pulsada (Safi y Colaboradores) Magnetrn sputtering de alto impulso HIPIMS o HPPMSFuente AC Bipolar Pulsada Desarrolladas en esta investigacin DC bipolar pulsa VoItaje (kV) 0 200 -200 -600 Tiempo(s) 02010-10-20 -400 400 600 -800 Tiempo(s) VoItaje (kV) 0 1 -1 2 -2 3 0 -3 2010-10-20 Fuente CA bipolar pulsada para Magnetrn SputteringCaractersticas Fsicas; Pocos elementos Tamao compacto Ligero Elctricas; Modo boost (pulsos) Voltaje :100 V 8 kVpp Frecuencia :50-60 kHz Modo cuasiresonante Senoidal Voltaje :100 V 4 kVpp Frecuencia :130 kHz Alta eficiencia Ventajas en Sputtering Ignicin a presin baja 0.8-1.0 Pa con una distancia entre electrodos de40 a 50 mm Desventajas Requiere de otras fuentes Requiere enfriamiento Circuito esquemtico V I VoItaje (V) 0 500 -500 1000 -1000 Tiempo(s) 0 2010 3040 200 100 -100 -200 0 Corriente (mA) VoItaje (V) 0 400 -200 600 -600 -400 200 800 V I Tiempo(s) 020103040-10 60 20 -20 -40 0 Corriente (mA) -60 40 80 Formas de onda FuenteCD bipolar pulsada para Magnetrn SputteringCaractersticas: Elctricas; Voltaje variable:0-400+VCD y 0-1000 -VCD Frecuencia :5-80 kHz Ciclo de trabajo: 5 -95 % Ventajas Sputtering Se pueden variar el ancho del pulso lo que ayuda a la ignicin Los electrodos se calientan ligeramente en el proceso (20-30min) Desventajas Ignicin a presin mediana 2.0-3.0 Pa con una distancia entre electrodos de30 a 40 mm Requiere de otra fuente y dos pilas de 9v VoItaje (kV) 0 200 -200 -600 Tiempo(s) 02010-10-20 -400 400 600 -800 Diagrama a bloques Forma de onda VoItaje ( V )0 200 400 -200 -400 -600 100 -800 Tiempo(s) 02010-10-20 Corriente ( mA ) 0 200 -300 -200 -100 -400 Aplicaciones de la fuente bipolar pulsada en plasma no trmicos de baja potencia Descargas luminosas en soluciones salinasDescargas luminosas en Magnetrn SputteringDescarga luminosa en un reactorde Barrera dielectricaDescarga luminosa en lquidos Eficiencia89% Corriente (mA) V I2.0 -2.0 0.5 1.0 1.5 -1.0 -1.5 -0.5 0 2.5 -1002010-30-20 200 150 -150 -100 100 -50 50 0 -200 250 VoItaje (kV) Tiempo(s) Eficiencia 85% Depsitos obtenidos con sistema magnetrn sputtering Aleacin en modo reactivo Metlico Dielctrico Tipos Capas dispositivo Aluminio Aluminio/cobre Zinc Depsitos de Zinc, oxido de zinc y zinc/aluminio en substratos flexibles Depsitos obtenidos de Zinc, Oxido de zinc y zinc/aluminio en modo reactivo Condiciones de deposicin: Gas: Argn/oxigeno Presin trabajo:0.6 1.0 Pa (4 mTorr) Blanco: zinc /aluminio Distancia entre los electrodos: 50 mm. Frecuencia: 50 kHz Tiempo pre ionizacin: 5- 10 minutos Tiempo deposicin: 5- 10 minutos xido de Zinc Zinc Ctodo BIanco Zinc-AIuminioAIuminio Medicin de resistividad Electrodoconductivo transparente obtenido con AC pulsada.ElementoLneaEspectro%Elemento%Atmico OK ED66,997069188,66345 AlK ED1,404242221,101919 ZnK ED31,598690210,23463 Tabla de porcentaje de elementos Condiciones de deposicin: Gases: flujo argn420 sccm flujo oxigeno 10 sccm Presin trabajo:0.6 1.0 Pa (4 mTorr) Blanco: zinc /aluminio Distancia entre los electrodos: 50 mm. Frecuencia: 50 kHz Tiempo pre ionizacin: 10 minutos Tiempo deposicin: 5 minutos Resistividadde 500 mcmEspectro ESD Micrografa de la estructura del electrodo Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con espectrmetro USB 4000 Flujo de argn :520 sccm y oxigeno: 20 sccm Flujo de oxigeno: 300sccm yArgon 20 sccmEspectro luminoso Ar/02 Espectro luminoso 02 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Intensidad (A.U.) 400600500700800900 Longitud de onda(nm) 300 Ar Ar Zn Ar Ar Ar Ar Zn AI O2 Ar 0 1000 2000 3000 4000 5000 Intensidad (a.u) 400600500 700800900 Longitud de onda(nm) 300 O2 O2 O2 AI AI ArZn ElementoLongitud de onda ( nm) Niveles de Energa (Ei- EK) Argn I750.3913.48-11.83 Argn I751.4713.27-11.62 Argn I763.5113.17-11.55 Argn I772.3813.15-11.55 Oxigeno777.1910.74-9.15 Oxigeno777.4210.74-9.15 Aluminio394.403.14-0.0000 Zinc481.0.3.2 -0.0000 Elementos analizados Belkind y colaboradores utilizaron lneas espectrales sputtering con depsitos de aluminio y titanio en mezcla de argn y oxgeno [Be-2005].ElementoLongitud de onda ( nm) Niveles de Energa (Ei- EK) Argn I62013.48-11.83 Aluminio5203.14-0.0000 Aluminio6003.14-0.0000 Oxigeno777.4210.74-9.15 Oxigeno849.410.74-9.15 Zinc631..0.3.2 -0.0000