Ключевые слова: магнетрон, инжекция электронов, низкое рабочее давление, пленки

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования метода снижения предельного рабочего давления планарного магнетронного разряда. Основной эффект достигается за счет инжекции дополнительных электронов из плазмы эмиттерного разряда, расположенноого с обратной стороны распыляемой мишени, и последующим ускорением этих электронов в катодном слое магнетронного разряда. Инжекция электронов в магнетронный разрядный промежуток осуществляется через эмиссионную апертуру малого диаметра (1-3 мм), расположенную в центре мишени в области наименьшего ионного распыления вдоль силовых линий магнитного поля. Перепад давления на эмиссионной апертуре обеспечивает стабильное зажигание и функционирование эмиттерного разряда с одной стороны, и низкое требуемое рабочее давление в области магнетронного разряда с другой. Предложенный метод выгодно отличается от используемых ранее систем с внешними источниками электронов более высокой энергетической эффективностью. В области предельно низкого рабочего давления (менее 0.5 мТорр) суммарные энергетические затраты на двухступенчатую разрядную систему оказываются меньше, чем на одноступенчатый магнетронный разряд. Предельное рабочее давление для магнетронного разряда с медной мишенью диаметром 120 мм составило 0.25 мТорр.

Keywords: magnetron, operating pressure, electron injection

Abstract

A method is proposed for reducing the limiting operating pressure of a planar magnetron discharge by injecting additional electrons from the back of the sputtered target from the emitter discharge plasma and then accelerating them in the cathode layer of the magnetron discharge. The injection of electrons into the magnetron discharge gap is carried out through an emission aperture of small diameter (1-3 mm) located in the center of the target in the region of the smallest ion sputtering. The pressure drop at the emission aperture ensures stable ignition and operation of the emitter discharge on the one hand, and the low required operating pressure in the magnetron discharge region on the other. The proposed method compares favorably with previously used systems with external electron sources with higher energy efficiency. In the region of extremely low operating pressure (less than 0.5 mTorr), the total energy costs for a two-stage discharge system are less than for a single-stage magnetron discharge. The maximum operating pressure for a magnetron discharge with a copper target with a diameter of 120 mm was 0.25 mTorr.