双靶共溅射沉积复合膜的成分均匀性的计算研究

【摘要】：在真空镀膜技术中,镀制由多种元素成分组成的复合膜系已经被广泛采用,并且有越来越多的发展趋势。因为由多种元素成分组成的复合膜,其物理化学功能性质是单一成分膜层所不可比拟的。双(多)靶共溅射沉积成膜方法,是制备二(多)元复合膜系的主要技术手段。而在所制备膜层中不同元素成分的分布均匀性和可控性,是直接关系到膜层性能的重要问题, 应该引起特别重视。尤其是在镀制二种膜材成分在膜层中的成分比例要求均匀逐渐变化过渡的梯度膜层时,以及在探索、优化不同成分含量对膜层性能影响的过程中,这一问题显得尤为突出。本文以二个圆平面磁控溅射靶对单一圆平面基片进行共溅射镀膜为研究对象,分别建模计算了基片上膜层的宏观成分均匀性和微观成分均匀性。模型表述了二个相对倾斜、对称安置的圆平面磁控溅射靶与具有自转运动的圆平面基片之间的无量纲几何关系。在假设溅射粒子余弦发射和无碰撞飞行的条件下,计算了基片上不同部位处的膜层的沉积速率、膜层的厚度分布以及靶材的利用率。膜层宏观成分均匀性的研究,讨论了靶与基片间几何结构参数的匹配关系, 对基片上不同部位处膜层间成分差异的影响。而膜层微观成分均匀性的研究,则计算了基片上任一点处膜层内部在厚度方向上的成分周期变化与基片自转速度的关系。利用自编的计算程序, 根据对膜层成分均匀性的要求,能够方便地优化确定双靶共溅射沉积系统的结构和工艺参数。