Construcción del sistema para deposición de materiales Magnetrón sputtering

9HQWDQDGH&XDU] R ( QWUDGD6DOLGD

GHVXEVWUDWRV

) XHQWH&' SXOVDGD

) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD

5 HDFWRU

0 DJQHWUyQ

6SXWWHULQJ

6RQGD GH$ OWR 9ROWDMH

6HQVRU GHSUHVLyQ

%RP ED 7XUERP ROHFXODU

&RQWURODGRU GHSUHVLyQ

9i OYXOD

9i OYXOD

9i OYXOD

Exterior Interior

Cátodo

Imanes

3ODVP D 6HQVRUGH

3UHVLyQ

&RQWURODGRU

ÈQRGR

/ HQWHV

6XEVWUDWR

,P DQHV

%ODQFRWDUJHW

&i WRGR

( VSHFWUyP HWUR

6RQGDGH ) LEUDÏ SWLFD

' LVWDQFLD $ MXVWDEOH

) XHQWH&$ ELSRODUSXOVDGD

%RP ED 0 HFi QLFD

%RP ED 7XUERP ROHFXODU

5 HDFWRU0 DJQHWUyQ 6SXWWHULQJ

4 4

9 ' 9 ' vd

id

& 9

/ 7

$U

2

0 HFDQLVP RSDUD GHVSOD] DUHOi QRGR

9HQWDQD GHFXDU] R

/ tQHDVHVSHFWUDOHV

Diagrama a bloques del sistema Magnetrón sputtering en modo reactivo

Tipos de fuentes para magnetrón sputtering

$ U

$ U

$ U

$ U

$ U

9

9-

H- H-

H-

H-

H-

%ODQFRWDUJHW %ODQFRWDUJHW

6SXWWHULQJ 1 RUP DO

/ LP SLH] D GHFDUJDV

) XHQWH&' SXOVDGD

Fuente CD bipolar pulsadaFuente CA bipolar pulsada (Safi y Colaboradores)

Magnetrón sputtering de alto impulsoHIPIMS o HPPMS

Fuente AC Bipolar Pulsada

Desarrolladas en esta investigación

DC bipolar pulsa

9R

OWDM

HN9

-

-

7LHP SR V

- -

-

-

7LHP SR V

9R

OWD

MHN

9

-

-

-

- -

Fuente CA bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering

Características Físicas;•Pocos elementos

•Tamaño compacto•Ligero

Eléctricas;Modo boost (pulsos)

Voltaje :100 V– 8 kVppFrecuencia :50-60 kHzModo cuasiresonante

SenoidalVoltaje :100 V– 4 kVppFrecuencia :130 kHz

Alta eficiencia

Ventajas en Sputtering•Ignición a presión baja

0.8-1.0 Pa con una distancia entre electrodos

de 40 a 50 mm

Desventajas•Requiere de otras fuentes

•Requiere enfriamiento

Circuito esquemático

V I

9R

OWD

MH9

-

-

7LHP SR V

-

-

&R

UULH

QWH

P$

9R

OWDM

H9

-

-

-

V I

7LHP SR V

-

-

-

&R

UULH

QWH

P$

-

Formas de onda

Fuente CD bipolar pulsada para Magnetrón Sputtering

Características:

Eléctricas;Voltaje variable:0-400 +VCD y 0-1000 -VCDFrecuencia :5-80 kHzCiclo de trabajo: 5 -95 %

Ventajas Sputtering•Se pueden variar el ancho del pulso lo que ayuda a la ignición•Los electrodos se calientan ligeramente en el proceso (20-30 min)

Desventajas•Ignición a presión mediana 2.0-3.0 Pa con una distancia entre electrodos de 30 a 40 mm•Requiere de otra fuente y dos pilas de 9v

9R

OWD

MHN

9

-

-

7LHP SR V

- -

-

-

Diagrama a bloques

Forma de onda9

ROW

DMH

9

-

-

-

-

7LHP SR V - -

&R

UULH

QWH

P$

-

-

-

-

Aplicaciones de la fuente bipolar pulsada en plasma no térmicos de baja potencia

Descargas luminosas en soluciones salinas

Descargas luminosas en Magnetrón Sputtering Descarga luminosa en un reactor

de Barrera dielectrica

Descarga luminosa en líquidos

Eficiencia 89%

&R

UULH

QWH

P$

V I

-

-

-

-

- - -

-

-

-

-

9R

OWD

MHN

9

7LHP SR V

Eficiencia 85%

Depósitos obtenidos con sistema magnetrón sputtering

Aleación en modo reactivo

Metálico

Dieléctrico

TiposCapas dispositivo

Aluminio Aluminio/cobre

Zinc

Depósitos de Zinc, oxido de zinc y zinc/aluminio en substratos flexibles

Depósitos obtenidos de Zinc, Oxido de zinc y zinc/aluminio en modo reactivo

Condiciones de deposición:Gas: Argón/oxigenoPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 5- 10 minutosTiempo deposición: 5- 10 minutos

Ï [ LGRGH=LQF

=LQF

&i WRGR

%ODQFR

=LQF-$OXP LQLR

$OXP LQLR

Medición de resistividad

Electrodo conductivo transparente obtenido con AC pulsada.

Elemento Línea Espectro %Elemento %AtómicoO K ED 66,9970691 88,66345Al K ED 1,40424222 1,101919Zn K ED 31,5986902 10,23463

Tabla de porcentaje de elementos

Condiciones de deposición:Gases: flujo argón 420 sccm flujo oxigeno 10 sccmPresión trabajo: 0.6 – 1.0 Pa (4 mTorr)Blanco: zinc /aluminioDistancia entre los electrodos: 50 mm.Frecuencia: 50 kHzTiempo pre ionización: 10 minutosTiempo deposición: 5 minutos

Resistividad de 500 mΩcm

Espectro ESD

Micrografía de la estructura del electrodo

Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con espectrómetro USB 4000

Flujo de argón :520 sccm y oxigeno: 20 sccm

Flujo de oxigeno: 300sccm y Argon 20 sccm

Espectro luminoso Ar/02

Espectro luminoso 02

,QWH

QV

LGD

G$

8

/ RQJLWXGGHRQGDQP

$ U

$ U

=Q

$ U

$ U

$ U

$ U

=Q $ O

2

$ U

,QWH

QV

LGD

GD

X

/ RQJLWXGGHRQGDQP

2

2 2

$ O $ O $ U =Q

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei- EK)

Argón I 750.39 13.48-11.83

Argón I 751.47 13.27-11.62

Argón I 763.51 13.17-11.55

Argón I 772.38 13.15-11.55

Oxigeno 777.19 10.74-9.15

Oxigeno 777.42 10.74-9.15

Aluminio 394.40 3.14-0.0000

Zinc 481.0. 3.2 -0.0000

Elementos analizados

Belkind y colaboradores utilizaron líneas espectrales sputtering con depósitos de aluminio y titanio en mezcla de argón y oxígeno [Be-

2005].

Elemento Longitud de

onda ( nm)

Niveles de

Energía (Ei- EK)

Argón I 620 13.48-11.83

Aluminio 520 3.14-0.0000

Aluminio 600 3.14-0.0000

Oxigeno 777.42 10.74-9.15

Oxigeno 849.4 10.74-9.15

Zinc 631..0. 3.2 -0.0000