RU2808293C1 - SPUTTERED MAGNETRON ASSEMBLY FOR DEPOSITION OF COMPOSITE MULTICOMPONENT FILMS Ni0.60Co0.3Fe0.1 - Google Patents
SPUTTERED MAGNETRON ASSEMBLY FOR DEPOSITION OF COMPOSITE MULTICOMPONENT FILMS Ni0.60Co0.3Fe0.1 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808293C1 RU2808293C1 RU2023120096A RU2023120096A RU2808293C1 RU 2808293 C1 RU2808293 C1 RU 2808293C1 RU 2023120096 A RU2023120096 A RU 2023120096A RU 2023120096 A RU2023120096 A RU 2023120096A RU 2808293 C1 RU2808293 C1 RU 2808293C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- zone
- cobalt
- nickel
- emission
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 23
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUBSQCSIIDQXLB-UHFFFAOYSA-N cobalt platinum Chemical compound [Co].[Pt].[Pt].[Pt] GUBSQCSIIDQXLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- OBACEDMBGYVZMP-UHFFFAOYSA-N iron platinum Chemical compound [Fe].[Fe].[Pt] OBACEDMBGYVZMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N nickel platinum Chemical compound [Ni].[Pt] PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Узел магнетрона относится к устройствам, используемым для синтеза многокомпонентных композиционных пленок в электронике, оптоэлектронике, атомной промышленности, машиностроении, автомобилестроении и др.The magnetron unit refers to devices used for the synthesis of multicomponent composite films in electronics, optoelectronics, nuclear industry, mechanical engineering, automotive industry, etc.
Большое внимание уделяют устройствам с гигантским магнитосопротивлением (ГМС), которые работают на квантово-механическом эффекте, наблюдаемом в тонкопленочных структурах, состоящих из чередующихся композиционных многокомпонентных ферромагнитных пленок (в системах Fe-Cr, Ni-Fe, Ni-Co-Fe и др.). Установлено, что наиболее эффективны в устройствах ГМС пленки в системе Ni-Co-Fe, в частности пленка с химическим составом Ni0.60Co0.3Fe0.1. Much attention is paid to devices with giant magnetoresistance (GMR), which operate on the quantum mechanical effect observed in thin-film structures consisting of alternating composite multicomponent ferromagnetic films (in Fe-Cr, Ni-Fe, Ni-Co-Fe systems, etc. ). It has been established that films in the Ni - Co - Fe system are most effective in GMS devices, in particular films with the chemical composition Ni 0.60 Co 0.3 Fe 0.1 .
Одним из распространенных методов осаждения композиционных многокомпонентных слоев служит магнетронное распыление. Часто для этих целей используют несколько магнетронов с эффективно охлаждаемыми мишенями из разных металлов, которые расположены рядом друг с другом (патент США № 6361668 B1, С23С 14/35One of the common methods for deposition of composite multicomponent layers is magnetron sputtering. Often, for these purposes, several magnetrons are used with efficiently cooled targets made of different metals, which are located next to each other (US patent No. 6361668 B1, C23C 14/35
Известен магнетрон с распыляемым узлом, описанный в патенте на полезную модель РФ № 207556 «Распыляемый узел магнетрона для осаждения пленки бинарного сплава Fe x Ni1- x в диапазоне 0.23 < x < 0.27». В этом устройстве распыляемый узел для осаждения композиционных пленок содержит мишень, состоящую из параллельно расположенных металлических пластин, жестко прикрепленных к магнетрону. Причем внутренняя пластина выполнена охлаждаемой и изготовлена из железа, а внешняя – из никеля и работает в горячем режиме. В зоне эрозии внешней пластины выполнены прорези, расположенные симметрично относительно ее центра. Достигаемым техническим результатом является создание узла, позволяющего увеличить номенклатуру получаемых пленок с однородным химическим составом по всей площади, позволяющего осаждать пленки из бинарных сплавов. A magnetron with a sputtered assembly is known, described in the RF utility model patent No. 207556 “Sputtered magnetron assembly for deposition of a film of a binary alloy F x Ni 1- x in the range 0.23 < x < 0.27.” In this device, the sputtering unit for deposition of composite films contains a target consisting of parallel metal plates rigidly attached to the magnetron. Moreover, the inner plate is cooled and made of iron, and the outer plate is made of nickel and operates in hot mode. In the erosion zone of the outer plate, slots are made, located symmetrically relative to its center. The achieved technical result is the creation of a unit that allows increasing the range of films produced with a uniform chemical composition over the entire area, allowing the deposition of films from binary alloys.
В качестве наиболее близкого аналога выбран распыляемый узел магнетрона для осаждения композиционной многокомпонентной пленки из никеля, железа и кобальта, содержащий мишень, состоящую из металлических пластин (SU1707085 МПК С23С14/32)As the closest analogue, a sputtered magnetron assembly was selected for deposition of a composite multicomponent film of nickel, iron and cobalt, containing a target consisting of metal plates (SU1707085 MPK S23S14/32)
Недостатком известного устройства является то, что его конструкция предусматривает работу пластин сэндвич мишени в разных тепловых режимах. Если внешняя и средняя пластины работают в горячем режиме, то внутренняя пластина, охлаждаемая проточной водой, работает в холодном режиме. Это приводит к тому, что потоки частиц, которые генерирую разные пластины, могут иметь разные энергетические спектры. Потоки, которые генерируют пластины, работающие в горячем режиме, могут, кроме распыленных частиц, содержать испаренные частицы, имеющие среднюю энергию сотые-десятые доли электрон-вольта. И в дополнение к этому такие пластины могут излучать тепловые потоки, нагревающие подложку. Внутренняя пластина, работающая в холодном режиме, является источником только распыленных частиц со средней энергией несколько единиц электронвольт. Указанное различие потоков может привести к различию условий формирования компонентов в пленке твердого раствора. Кроме этого, суммарный тепловой поток в такой конструкции, излучаемый сэндвич мишенью и влияющий на формирование пленки, уменьшается за счет отвода тепла в воду от внутренней распыляемой пластины. The disadvantage of the known device is that its design provides for the operation of sandwich target plates in different thermal conditions. While the outer and middle plates operate in hot mode, the inner plate, cooled by running water, operates in cold mode. This leads to the fact that the particle flows generated by different plates can have different energy spectra. The flows that generate plates operating in hot mode can, in addition to sprayed particles, contain evaporated particles with an average energy of hundredths to tenths of an electron volt. And in addition to this, such plates can emit heat flows that heat the substrate. The inner plate, operating in cold mode, produces only atomized particles with an average energy of a few electron volts. The indicated difference in flows can lead to differences in the conditions for the formation of components in the solid solution film. In addition, the total heat flux in such a design, emitted by the sandwich target and affecting the formation of the film, is reduced due to the removal of heat into the water from the internal sputtering plate.
Задача, на решение которой направлена заявляемое изобретение, является создание такой конструкции распыляемого узла магнетрона, которая позволит формировать идентичные по энергетическому спектру потоки компонентов осаждаемой пленки Ni0.60Co0.3Fe0.1 и повысит суммарный тепловой поток, излучаемый мишенью. The problem to be solved by the claimed invention is the creation of such a design of a sputtered magnetron assembly that will allow the formation of flows of components of the deposited film Ni 0.60 Co 0.3 Fe 0.1 identical in energy spectrum and will increase the total heat flux emitted by the target.
Поставленная задача решается за счет того, что распыляемый узел магнетрона для осаждения композиционных многокомпонентных пленок Ni0.60Co0,3Fe0.1, как и известный узел, содержит мишень, состоящую из металлических пластин, но в отличие от известного он выполнен с возможностью жесткого прикрепления к магнетрону соосно с ним и дополнительно содержит нижнюю пластину, выполненную охлаждаемой и изготовленную из меди, при этом указанная мишень содержит первую пластину, выполненную из железа, вторую пластину – из кобальта и внешнюю пластину – из никеля, при этом упомянутые четыре пластины расположены параллельно и установлены на одной оси, причем в зонах эмиссии второй и внешней пластин выполнены прорези, расположенные на одной оси симметрично относительно их центра, причем для внешней пластины площадь зоны, с которой осуществляется эмиссия частиц никеля равна sNi=s-sпрNi, для второй пластины из кобальта суммарная площадь зоны, с которой осуществляется эмиссия частиц кобальта, равна sCo=sпрNi-sпрCo, а суммарная площадь зоны на первой пластине из железа, с которой осуществляется эмиссия частиц железа, равна sFe=sпрCo, причем s - площадь зоны эмиссии пластины из никеля в виде кольца, sпрNi - суммарная площадь прорезей в виде отверстий, расположенных симметрично относительно центра зоны эмиссии внешней пластины из никеля, sпрCo - суммарная площадь прорезей, расположенных симметрично относительно центра зоны эмиссии второй пластины из кобальта.The problem is solved due to the fact that the sputtered magnetron assembly for deposition of composite multicomponent films Ni 0.60 Co 0.3 Fe 0.1 , like the known assembly, contains a target consisting of metal plates, but unlike the known one, it is designed with the possibility of rigid attachment to magnetron coaxially with it and additionally contains a lower plate made of cooled and made of copper, while the specified target contains a first plate made of iron, a second plate made of cobalt and an outer plate made of nickel, while the mentioned four plates are located parallel and installed on one axis, and in the emission zones of the second and outer plates there are slots located on one axis symmetrically relative to their center, and for the outer plate the area of the zone from which the emission of nickel particles occurs is equal to sNi = ss in Ni , for the second cobalt plate the total the area of the zone from which cobalt particles are emitted is equal to sCo=s in Ni-s in Co, and the total area of the zone on the first iron plate from which the emission of iron particles occurs is equal to sFe=s in Co, and s is the area of the zone emission of a nickel plate in the form of a ring, s pr Ni is the total area of the slots in the form of holes located symmetrically relative to the center of the emission zone of the outer nickel plate, s pr Co is the total area of the slots located symmetrically relative to the center of the emission zone of the second cobalt plate.
Достигаемым техническим результатом является создание такой конструкции распыляемого узла магнетрона, которая позволит сформировать идентичные по энергетическому спектру потоки компонентов осаждаемой пленки Ni0.60Co0.3Fe0.1 и повысить суммарный тепловой поток, излучаемый мишенью. The achieved technical result is the creation of such a design of the sputtered magnetron assembly that will allow the formation of flows of components of the deposited Ni 0.60 Co 0.3 Fe 0.1 film identical in energy spectrum and increase the total heat flux emitted by the target.
фиг. 1 – конструкция узла магнетрона из медной, никелевой, кобальтовой и железной пластин; fig. 1 – design of a magnetron assembly made of copper, nickel, cobalt and iron plates;
фиг. 2 – зависимости от тока разряда температуры пластин сэндвич мишени; fig. 2 – dependence of the temperature of the sandwich target plates on the discharge current;
фиг. 3 – зависимости величины x Ni от тока разряда, полученные с помощью выражений (6) и (7) при разных значениях α;fig. 3 – dependences of the xNi value on the discharge current, obtained using expressions (6) and (7) for different values of α;
фиг. 4 –зависимости величины x Fe от тока разряда, полученные с помощью выражений (7) и (8) при α = 0.53 и разных значениях β.fig. 4 – dependences of the x Fe value on the discharge current, obtained using expressions (7) and (8) at α = 0.53 and different values of β.
Рассмотрим пример выполнения распыляемого узла магнетрона (фиг. 1). Модель предлагаемого изобретения была реализована на базе цилиндрического магнетрона, на котором авторы выполняли эксперименты. Распыляемый узел содержит на одной оси внутреннюю охлаждаемую водой пластину 1 толщиною 4 мм, изготовленную из меди, первую среднюю толщиною 1 мм – из железа 2, вторую среднюю пластину толщиною 1 мм – из кобальта 3 и внешнюю толщиною 1 мм – из никеля 4. Вся конструкция жестко скреплена болтами с корпусом магнетрона и размещена в газовой среде, состоящей из плазмообразующего аргона. Между пластинами установлены шайбы толщиною 1 мм, обеспечивающие зазор между ними. Последние три пластины работают в горячем режиме, нагреваясь каждая до температуры, соответствующей доле ионного тока, распыляющего ее. Let's consider an example of a sputtered magnetron assembly (Fig. 1). The model of the proposed invention was implemented on the basis of a cylindrical magnetron, on which the authors performed experiments. The spray unit contains on one axis an internal water-cooled plate 1 with a thickness of 4 mm, made of copper, a first average thickness of 1 mm made of iron 2 , a second average plate with a thickness of 1 mm made of cobalt 3 and an outer plate 1 mm thick made of nickel 4 . The entire structure is rigidly bolted to the magnetron housing and placed in a gas environment consisting of plasma-forming argon. Washers 1 mm thick are installed between the plates, providing a gap between them. The last three plates operate in hot mode, each heating up to a temperature corresponding to the fraction of the ion current sputtering it.
Зона эрозии 5 внешней никелевой пластины 4 имеет форму кольца площадью s. В этой зоне выполнены восемь прорезей 6 расположенных симметрично относительно ее центра в виде отверстий. Они имеют суммарную площадь s прNi. Для внешней пластины площадь зоны, с которой происходит эмиссия частиц никеля, равна sNi = s – s прNi. Прорези 6 задают зону 7 на второй средней кобальтовой пластине 3, которую бомбардируют ионы аргона. Часть этой зоны занимают восемь прорезей 8 с суммарной площадью s прCo, поэтому суммарная площадь, с которой происходит эмиссия частиц кобальта, равна sCo = s прNi – s прСо, а суммарная площадь зоны на первой средней железной пластине 2, с которой происходит эмиссия частиц железа равна sFe = s прСо. Нижняя медная пластина 1 выполняет функцию холодильника, отводящего избыточное тепло от распыляемого узла.Erosion zone5external nickel plate4 has the shape of a ring with an areas. Eight slots are made in this area6 located symmetrically relative to its center in the form of holes. They have a total areas etcNi. For the outer plate, the area of the zone from which nickel particles are emitted is equal tosNi =s –s etcNi. Slots6set the zone7 on the second middle cobalt plate3, which is bombarded by argon ions. Part of this zone is occupied by eight slots8with total areas etcCo, therefore the total area from which cobalt particles are emitted is equal tosCo=s etcNi –s etcCo, and the total area of the zone on the first middle iron plate2, with which the emission of iron particles occurs is equal tosFe =s etcSo. Bottom copper plate1 performs the function of a refrigerator, removing excess heat from the spray unit.
Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1). Распыление первой и второй средних, а также верхней пластин происходит в среде аргона при токе разряда от 0.5 до 5.0 А и давлении 2–8 мТорр. Наряду с током разряда и давлением аргона независимыми переменными устройства являются относительные суммарные площади прорезей во внешней и второй средней пластине: The device operates as follows (see Fig. 1). Sputtering of the first and second middle, as well as the top plates occurs in an argon environment at a discharge current of 0.5 to 5.0 A and a pressure of 2–8 mTorr. Along with the discharge current and argon pressure, the independent variables of the device are the relative total areas of the slots in the outer and second middle plate:
соответственно. Для рассматриваемого магнетрона диаметром 130 мм существуют ограничения на величины (1) и (2). Область распыления, внешней пластины, имеющая площадь 36.5 см2, представляет собой кольцо шириною 20 мм. Поэтому технически можно изготовить прорези в форме отверстий диаметром не более 18 мм, что ограничивает величину α значением не более 0.56. Кроме этого очевидно, что физически корректно β < α.respectively. For the considered magnetron with a diameter of 130 mm, there are restrictions on values (1) and (2). The spray area of the outer plate, having an area of 36.5 cm 2 , is a ring 20 mm wide. Therefore, it is technically possible to produce slots in the form of holes with a diameter of no more than 18 mm, which limits the value of α to no more than 0.56. In addition, it is obvious that β < α is physically correct.
Процессы распыления пластин инициируют соответствующие потоки металлов Q Niрасп, Q Coрасп и Q Feрасп. Кроме этого нагревание каждой пластины приводит к появлению значимых потоков испаренных металлов Q Niисп, Q Coисп и Q Feисп. Полные потоки от пластин Q Niполн, Q Coполн и Q Feполн состоят из распыленного и испаренного потоков. Для определения величин Q Niисп, Q Coисп и Q Feисп были использованы оценки температуры каждой пластины в форме экспонент (фиг. 2). Из рис. 2 видно, что суммарный поток тепла в предлагаемом устройстве повышается за счет нагревания первой средней железной пластины. Plate sputtering processes initiate corresponding metal flowsQ Nirasp,Q Codisp AndQ Fedisp. In addition, heating each plate leads to the appearance of significant flows of evaporated metalsQ Nisp,Q Couse AndQ Feuse. Total flows from platesQ Nifull,Q Cofull AndQ Fefull consist of atomized and evaporated flows. To determine quantitiesQ Nisp,Q Couse AndQ Feuse Temperature estimates for each plate were used in exponential form (Fig. 2). From Fig. 2 shows that the total heat flow in the proposed device increases due to heating of the first middle iron plate.
Соотношение компонентов в пленке Ni0.6Co0.3Fe0.1 зададим величины:Let us set the ratio of components in the film Ni 0.6 Co 0.3 Fe 0.1 to:
которые, исходя из химической формулы Ni0.6Co0.3Fe0.1, должны быть равны x Ni = 0.6, x Co = 0.3, x Fe = 0.1. which, based on the chemical formula Ni 0.6 Co 0.3 Fe 0.1 , should be equal to x Ni = 0.6, x Co = 0.3, x Fe = 0.1.
Одновременно с этим каждый из компонентов в (3)–(5) известным образом зависит от величин (1) и (2). В нашем случае, например, полный поток никеля равен:At the same time, each of the components in (3)–(5) depends in a known way on quantities (1) and (2). In our case, for example, the total nickel flow is:
где j – плотность тока разряда, А/см2; e = 1.6 · 10–19 Кл – заряд электрона и для никеля: S Ni – коэффициент распыления; γNi – коэффициент ионно-электронной эмиссии; A Ni и B Ni – постоянные, задающие давление насыщенного пара; m Ni – масса атома; T Ni – температура никелевой платины; k = 1.38 · 10–23 Дж/К – постоянная Больцмана.Wherej – discharge current density, A/cm2;e= 1.6 · 10-19 Cl – electron charge and for nickel:S Ni – sputtering coefficient; γNi – ion-electron emission coefficient;A Ni AndB Ni – constants that set the saturated vapor pressure;m Ni – atomic mass;T Ni – temperature of nickel platinum;k = 1.38 · 10–23 J/K – Boltzmann constant.
Поток кобальта по аналогии с (6) зададим выражением:By analogy with (6), we define the cobalt flow by the expression:
где для кобальта: S Сo – коэффициент распыления; γСo – коэффициент ионно-электронной эмиссии; A Co и B Co – постоянные, задающие давление насыщенного пара; m Co – масса атома; T Co – температура кобальтовой платины.where for cobalt:S Co – sputtering coefficient; γCo – ion-electron emission coefficient;A Co AndB Co – constants that set the saturated vapor pressure;m Co – atomic mass;T Co – temperature of cobalt platinum.
Наконец, поток железа выразим формулой:Finally, we express the iron flow by the formula:
где железа S Fe – коэффициент распыления; γFe – коэффициент ионно-электронной эмиссии; A Fe и B Fe – постоянные, задающие давление насыщенного пара; m Fe – масса атома; T Fe – температура железной платины. Полные потоки (6)–(8) идентичны по энергетическому спектру, поскольку содержат распыленные и испаренные частицы. where is the glandS Fe – sputtering coefficient; γFe – ion-electron emission coefficient;A Fe AndB Fe – constants that set the saturated vapor pressure;m Fe – atomic mass;T Fe – temperature of iron platinum. Total flows (6)–(8) are identical in energy spectrum, since they contain sprayed and evaporated particles.
Последующие расчеты были направлены на установление диаметров прорезей в пластинах, которые обеспечат осаждение пленки заданного химического состава Ni0.6Co0.3Fe0.1. Расчет был выполнен в два этапа. На первом был установлен диаметр прорезей во внешней пластине, который обеспечит значение x Ni = 0.6, x Co = 0.4 при отсутствии прорезей в кобальтовой пластине (β = 0). В этом случае внутренняя железная пластина не распыляется (x Fe = 0) и выражение (3) принимает вид Subsequent calculations were aimed at establishing the diameters of the slots in the plates, which would ensure the deposition of a film of a given chemical composition Ni 0.6 Co 0.3 Fe 0.1 . The calculation was performed in two stages. At the first stage, the diameter of the slots in the outer plate was set, which will provide the value x Ni = 0.6, x Co = 0.4 in the absence of slots in the cobalt plate (β = 0). In this case, the inner iron plate is not sprayed ( x Fe = 0) and expression (3) takes the form
Из (9) следует, что при x Fe = 0 величина x Co = 0.4. На фиг. 3 даны зависимости величины x Ni от тока разряда, полученные с помощью выражений (6) и (7) при разных значениях α. Из фиг. 3 видно, что равенству (9) соответствует значение α = 0.53. Это значение получается в диапазоне тока разряда 1–3 А при диаметре прорезей во внешней пластине 17.6 мм.From (9) it follows that at x Fe = 0 the value is x Co = 0.4. In fig. Figure 3 shows the dependences of xNi on the discharge current, obtained using expressions (6) and (7) for different values of α. From fig. 3 it can be seen that equality (9) corresponds to the value α = 0.53. This value is obtained in the discharge current range of 1–3 A when the diameter of the slots in the outer plate is 17.6 mm.
На втором шаге был установлен диаметр прорезей в кобальтовой пластине, который обеспечит значения x Co = 0.3 и x Fe = 0.1. В этом случае внутренняя железная пластина распыляется и выражения (4) и (5) принимают видIn the second step, the diameter of the slots in the cobalt plate was set, which will provide the values x Co = 0.3 and x Fe = 0.1. In this case, the inner iron plate is sprayed and expressions (4) and (5) take the form
На фиг. 4 даны зависимости величины x Fe от тока разряда, полученные с помощью выражений (7) и (8) при α = 0.53 и разных значениях β. Из фиг. 4 видно, что равенству (11) а значит и (10) соответствует значение β = 0.1. Это значение получается при диаметре прорезей в кобальтовой пластине 7.6 мм.In fig. Figure 4 shows the dependence of xFe on the discharge current, obtained using expressions (7) and (8) at α = 0.53 and different values of β. From fig. 4 it is clear that equality (11) and therefore (10) corresponds to the value β = 0.1. This value is obtained when the diameter of the slots in the cobalt plate is 7.6 mm.
Фиг. 2, формулы (6)-(8), фиг. 3 и 4 свидетельствуют о том, что поставленная цель достигнута. Предложенная конструкция распыляемого узла магнетрона позволяет формировать идентичные по энергетическому спектру потоки компонентов осаждаемой пленки и повышает суммарный тепловой поток, излучаемый мишенью. Она позволяет синтезировать композиционные пленки Ni0.6Co0.3Fe0.1 при токе разряда в диапазоне 1-3 А и диаметре прорезей в никелевой и кобальтовой пластинах 17.6 и 7.6 мм, соответственно. Fig. 2, formulas (6)-(8), Fig. 3 and 4 indicate that the goal has been achieved. The proposed design of the sputtered magnetron assembly makes it possible to form fluxes of components of the deposited film identical in energy spectrum and increases the total heat flux emitted by the target. It makes it possible to synthesize Ni 0.6 Co 0.3 Fe 0.1 composite films at a discharge current in the range of 1-3 A and a slot diameter in nickel and cobalt plates of 17.6 and 7.6 mm, respectively.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808293C1 true RU2808293C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5333726A (en) * | 1993-01-15 | 1994-08-02 | Regents Of The University Of California | Magnetron sputtering source |
| RU2392686C1 (en) * | 2009-07-17 | 2010-06-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Composite target for spraying and method of its production |
| WO2011092027A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Sputtering target |
| RU183113U1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр Плазмаинструмент" | Magnetron Atomizer Cathode Assembly |
| RU2696910C2 (en) * | 2014-06-27 | 2019-08-07 | Планзее Композит Материалс Гмбх | Sputtering target |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5333726A (en) * | 1993-01-15 | 1994-08-02 | Regents Of The University Of California | Magnetron sputtering source |
| RU2392686C1 (en) * | 2009-07-17 | 2010-06-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Composite target for spraying and method of its production |
| WO2011092027A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Sputtering target |
| RU2696910C2 (en) * | 2014-06-27 | 2019-08-07 | Планзее Композит Материалс Гмбх | Sputtering target |
| RU183113U1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр Плазмаинструмент" | Magnetron Atomizer Cathode Assembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huo et al. | Particle-balance models for pulsed sputtering magnetrons | |
| Ivanov et al. | Superhard nanocrystalline Ti–Cu–N coatings deposited by vacuum arc evaporation of a sintered cathode | |
| Butler et al. | On three different ways to quantify the degree of ionization in sputtering magnetrons | |
| Raman et al. | High power pulsed magnetron sputtering: A method to increase deposition rate | |
| Ivanov et al. | Influence of an external axial magnetic field on the plasma characteristics and deposition conditions during direct current planar magnetron sputtering | |
| Biskup et al. | Influence of spokes on the ionized metal flux fraction in chromium high power impulse magnetron sputtering | |
| Gauter et al. | Calorimetric investigations in a gas aggregation source | |
| Lazar et al. | Ion flux characteristics and efficiency of the deposition processes in high power impulse magnetron sputtering of zirconium | |
| Gauter et al. | Calorimetric probe measurements for a high voltage pulsed substrate (PBII) in a HiPIMS process | |
| Vašina et al. | Determination of titanium atom and ion densities in sputter deposition plasmas by optical emission spectroscopy | |
| RU2808293C1 (en) | SPUTTERED MAGNETRON ASSEMBLY FOR DEPOSITION OF COMPOSITE MULTICOMPONENT FILMS Ni0.60Co0.3Fe0.1 | |
| Breilmann et al. | Influence of nitrogen admixture to argon on the ion energy distribution in reactive high power pulsed magnetron sputtering of chromium | |
| US10332731B2 (en) | Method of and magnet assembly for high power pulsed magnetron sputtering | |
| Moens et al. | The target material influence on the current pulse during high power pulsed magnetron sputtering | |
| Hala et al. | Time-and species-resolved plasma imaging as a new diagnostic approach for HiPIMS discharge characterization | |
| Vitelaru et al. | Discharge runaway in high power impulse magnetron sputtering of carbon: The effect of gas pressure, composition and target peak voltage | |
| Kucheyev et al. | Development of new magnetron sputter deposition processes for laser target fabrication | |
| Bleykher et al. | The role of thermal processes and target evaporation in formation of self-sputtering mode for copper magnetron sputtering | |
| Rane et al. | Comparative study of discharge characteristics and associated film growth for post-cathode and inverted cylindrical magnetron sputtering | |
| Beilis et al. | Metallic film deposition using a vacuum arc plasma source with a refractory anode | |
| Mitic et al. | Diagnostics of a high-pressure DC magnetron argon discharge with an aluminium cathode | |
| Pajdarová et al. | On density distribution of Ti atom and ion ground states near the target in HiPIMS discharge using cavity ring-down spectroscopy and laser induced fluorescence | |
| RU204777U1 (en) | Sputtered magnetron unit for deposition of composite films TixMoyCr1-x-yN | |
| Raman | Magnetic field optimization for high power impulse magnetron sputtering | |
| RU201611U1 (en) | Sputtered magnetron unit for deposition of solid composite films |