En
Ru
Vol. 59 (2023), Issue 1, p. 60-69
https://doi.org/10.52577/eom.2023.59.1.60
Применение оптической эмиссионной спектроскопии для прогнозирования состава пленок при реактивном магнетронном распылении Ti-Al составных мишеней
Abstract
УДК 621.3.049.77:621.793
Исследованы процессы реактивного магнетронного распыления Ti-Al составных мишеней c различным соотношением Al/Ti. Установлены зависимости скорости нанесения, напряжения разряда, элементного состава, интенсивности контрольных линий оптического излучения плазмы от концентрации кислорода в Ar/O2 смеси газов. Показано, что при реактивном распылении Ti-Al составных мишеней напряжение разряда определяется эффективным коэффициентом ионно-электронной эмиссии (КИЭЭ), который зависит от площади, занимаемой металлами на мишени, степенью их окисления и КИЭЭ металлов и их оксидов. Скорость нанесения пленок TixAl1-xOy в металлическом и переходном режиме распыления увеличивается пропорционально доле Al в мишени, а относительная концентрация металлов в нанесенных пленках зависит от содержания кислорода в Ar/O2 смеси газов и определяется реакционной способностью входящих в состав мишени материалов. Методом оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) показано, что соотношение атомных концентраций Al и Ti в наносимых пленках TixAl1-xOy однозначно зависит от отношения интенсивности контрольных линий оптического излучения алюминия AlI и титана TiI в плазме. Это позволяет использовать метод ОЭС для прогнозирования содержания металлов в пленке при реактивном магнетронном распылении Ti-Al мишеней.
Ключевые слова: реактивное магнетронное распыление, тонкие пленки, оксид титана и алюминия, составная мишень, оптическая эмиссионная спектроскопия, напряжение разряда, скорость распыления, элементный состав.
The processes of reactive magnetron sputtering of Ti-Al composite targets with different Al/Ti ratios have been studied. The dependences of the deposition rate, discharge voltage, elemental composition, and intensity of the control lines of optical plasma radiation on the oxygen concentration in the Ar/O2 gas mixture are established. It is shown that during reactive sputtering of Ti-Al composite targets, the discharge voltage is determined by the effective ion-induced secondary electron emission coefficient (SEEC) which depends on the area occupied by metals on the target, the degree of their oxidation, and the SEEC of these metals and their oxides. The rate of the deposition of TixAl1-xOy films in the metallic and transition sputtering modes increases proportional to the concentration of Al in the target, but the relative concentration of metals in the deposited films depends on the oxygen concentration in the Ar/O2 gas mixture and is determined by the reactivity of the target materials. It has been shown by optical emission spectroscopy (OES) that the ratio of the atomic concentrations of Al and Ti in deposited TixAl1-xOy films unambiguously depends on the ratio of the intensity of the control optical lines of aluminum AlI and titanium TiI in plasma. This makes it possible to use the OES method to predict the content of metals in a film during reactive magnetron sputtering of Ti-Al targets.
Keywords: reactive magnetron sputtering, thin films, titanium-aluminum oxide, composite target, optical emission.
Download full-text PDF. 156 downloads
Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.