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圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

汪天龙 邱清泉 靖立伟 张小波

圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

汪天龙, 邱清泉, 靖立伟, 张小波
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  • 基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极,基于自洽粒子模拟方法,使用VSim软件对不同工况下的放电特性进行了模拟.研究发现随着磁场非平衡度的增加,阴极表面电势降落最大的位置和等离子体聚集的位置,沿着阴极表面外沿不断向阴极中心移动,阴极表面磁场的强度不断减小.随着磁场非平衡度的增加,等离子体密度先增加后减小,鞘层厚度先减小后增加,等离子体的密度和鞘层厚度不仅与磁场非平衡度有关,而且与磁场强度有关.最后根据粒子模拟的结果,对复合式磁控阴极的靶材刻蚀深度进行了研究.研究发现,在优化前后靶材的刻蚀范围从60 mm扩展至整个靶面,极大地提高了靶材利用率.
      通信作者: 邱清泉, qiuqingquan@mail.iee.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51277172)和国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:51721005)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-04
  • 修回日期:  2018-01-18
  • 刊出日期:  2018-04-05

圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

  • 1. 中国科学院电工研究所, 中国科学院应用超导重点实验室, 北京 100190;
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049;
  • 3. 深圳市速普仪器有限公司, 深圳 518035
  • 通信作者: 邱清泉, qiuqingquan@mail.iee.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51277172)和国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:51721005)资助的课题.

摘要: 基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极,基于自洽粒子模拟方法,使用VSim软件对不同工况下的放电特性进行了模拟.研究发现随着磁场非平衡度的增加,阴极表面电势降落最大的位置和等离子体聚集的位置,沿着阴极表面外沿不断向阴极中心移动,阴极表面磁场的强度不断减小.随着磁场非平衡度的增加,等离子体密度先增加后减小,鞘层厚度先减小后增加,等离子体的密度和鞘层厚度不仅与磁场非平衡度有关,而且与磁场强度有关.最后根据粒子模拟的结果,对复合式磁控阴极的靶材刻蚀深度进行了研究.研究发现,在优化前后靶材的刻蚀范围从60 mm扩展至整个靶面,极大地提高了靶材利用率.

English Abstract

参考文献 (28)

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