मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रौद्योगिकीसामग्री सतह संशोधन और पतली फिल्म जमा करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एक महत्वपूर्ण तकनीक है। इस तकनीक के मुख्य घटक के रूप में, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्यों की गुणवत्ता और प्रदर्शन सीधे तैयार पतली फिल्मों की गुणवत्ता और विशेषताओं को निर्धारित करते हैं। यह लेख मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्यों के लिए एक व्यापक और गहन परिचय प्रदान करेगा।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्यों की आवश्यकताएं पारंपरिक सामग्री उद्योग की तुलना में अधिक हैं, जिनमें आम तौर पर आकार, समतलता, शुद्धता, अशुद्धता सामग्री, घनत्व, एन/ओ/सी/एस अनुपात, अनाज का आकार और दोष नियंत्रण शामिल हैं; उच्च या विशेष आवश्यकताएं: सतह खुरदरापन, प्रतिरोध मूल्य, अनाज के आकार की एकरूपता, संरचना और संरचना की एकरूपता, विदेशी पदार्थों (ऑक्साइड) की सामग्री और आकार, चुंबकीय पारगम्यता, अल्ट्रा-उच्च घनत्व और अल्ट्राफाइन अनाज, आदि।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्य एक ऐसी सामग्री को संदर्भित करता है जिसे मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रक्रिया के दौरान उच्च-ऊर्जा कणों द्वारा परमाणुओं या अणुओं के साथ स्पटर किया जाता है, और फिर एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। यह आमतौर पर विशिष्ट रासायनिक संरचना और क्रिस्टल संरचनाओं वाले पदार्थों से बना होता है, जैसे धातु, मिश्र धातु, यौगिक, आदि।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का सिद्धांत
विद्युत क्षेत्र E की क्रिया के अंतर्गत, इलेक्ट्रॉन सब्सट्रेट की ओर उड़ान के दौरान आर्गन परमाणुओं से टकराते हैं, आयनित होते हैं और Ar धनात्मक आयन तथा नए इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करते हैं; नए इलेक्ट्रॉन सब्सट्रेट की ओर उड़ते हैं, और Ar आयन विद्युत क्षेत्र की क्रिया के अंतर्गत कैथोड लक्ष्य की ओर गति करते हैं, लक्ष्य सतह पर उच्च ऊर्जा की बौछार करते हैं, जिससे लक्ष्य पदार्थ में स्पटरिंग होती है।
स्पटर किए गए कणों में, तटस्थ लक्ष्य परमाणु या अणु सब्सट्रेट पर जमा होकर एक पतली फिल्म बनाते हैं, और उत्पन्न द्वितीयक इलेक्ट्रॉन विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के अधीन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप E (विद्युत क्षेत्र) × B (चुंबकीय क्षेत्र) का दिशात्मक बहाव होता है, जिसे E × B बहाव के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, जिसका गति प्रक्षेप पथ एक साइक्लोइड के करीब होता है। यदि यह एक गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र है, तो इलेक्ट्रॉन एक अनुमानित साइक्लोइड रूप में लक्ष्य सतह पर एक गोलाकार गति में घूमेंगे। उनका गति पथ न केवल लंबा है, बल्कि लक्ष्य सतह के पास प्लाज्मा क्षेत्र में भी सीमित है, और इस क्षेत्र में बड़ी मात्रा में Ar को लक्ष्य सामग्री पर बमबारी करने के लिए आयनित किया जाता है, जिससे एक उच्च जमाव दर प्राप्त होती है।
जैसे-जैसे टकरावों की संख्या बढ़ती है, द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा समाप्त हो जाती है, धीरे-धीरे लक्ष्य सतह से दूर चले जाते हैं और अंततः विद्युत क्षेत्र E की क्रिया के तहत सब्सट्रेट पर जमा हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉन की कम ऊर्जा के कारण, सब्सट्रेट को हस्तांतरित ऊर्जा बहुत कम होती है, जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट का तापमान कम बढ़ता है।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग घटना कणों और लक्ष्य के बीच टकराव की प्रक्रिया है। घटना कण लक्ष्य में एक जटिल बिखराव प्रक्रिया से गुजरता है, लक्ष्य परमाणु से टकराता है, और लक्ष्य परमाणु को कुछ गति स्थानांतरित करता है। यह लक्ष्य परमाणु फिर अन्य लक्ष्य परमाणुओं से टकराता है, जिससे एक कैस्केड प्रक्रिया बनती है। इस कैस्केड प्रक्रिया में, सतह के पास कुछ लक्ष्य परमाणु बाहर की ओर बढ़ने के लिए पर्याप्त गति प्राप्त करते हैं और लक्ष्य से बाहर निकल जाते हैं।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग को आम तौर पर दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: डायरेक्ट करंट स्पटरिंग और रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पटरिंग। उनमें से, डायरेक्ट करंट स्पटरिंग उपकरण का एक सरल सिद्धांत है और धातुओं को स्पटर करते समय एक तेज़ दर है। रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पटरिंग की एप्लिकेशन रेंज अधिक व्यापक है। प्रवाहकीय सामग्रियों को स्पटर करने के अलावा, गैर-प्रवाहकीय सामग्रियों को भी स्पटर किया जा सकता है। साथ ही, ऑक्साइड, नाइट्राइड और कार्बाइड जैसे यौगिक पदार्थों को तैयार करने के लिए रिएक्टिव स्पटरिंग का भी उपयोग किया जाता है। यदि रेडियो फ्रीक्वेंसी की आवृत्ति बढ़ाई जाती है, तो यह माइक्रोवेव प्लाज्मा स्पटरिंग बन जाती है, जिसे आमतौर पर इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन रेजोनेंस (ईसीआर) माइक्रोवेव प्लाज्मा स्पटरिंग के रूप में जाना जाता है।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्य सामग्रियों का वर्गीकरण
धातु स्पटरिंग कोटिंग लक्ष्य, मिश्र धातु स्पटरिंग कोटिंग लक्ष्य, सिरेमिक स्पटरिंग कोटिंग लक्ष्य, बोराइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, कार्बाइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, फ्लोराइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, नाइट्राइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, ऑक्साइड सिरेमिक लक्ष्य, सेलेनाइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, सिलिकाइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, सल्फाइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, टेलुराइड सिरेमिक स्पटरिंग लक्ष्य, अन्य सिरेमिक लक्ष्य, क्रोमियम डोप्ड सिलिकॉन ऑक्साइड सिरेमिक लक्ष्य (Cr SiO), इंडियम फॉस्फाइड लक्ष्य (InP), लेड आर्सेनाइड लक्ष्य (PbAs), इंडियम आर्सेनाइड लक्ष्य (InAs)।
धातु लक्ष्य सामग्री में अच्छी चालकता और तापीय चालकता होती है, और इसका उपयोग उच्च शुद्धता और समान धातु पतली फिल्में तैयार करने के लिए किया जा सकता है, जिनका व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक जैसे क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एकीकृत सर्किट निर्माण में, तांबे के लक्ष्यों का उपयोग प्रवाहकीय लाइनों को तैयार करने के लिए किया जाता है, जिससे सर्किट के प्रदर्शन और एकीकरण में सुधार होता है।
मिश्र धातु लक्ष्य सामग्री कई धातुओं की विशेषताओं को जोड़ती है और विशिष्ट गुणों वाली पतली फिल्में प्राप्त करने के लिए विभिन्न आवश्यकताओं के अनुसार संरचना अनुपात को समायोजित कर सकती है। उदाहरण के लिए, निकल क्रोमियम मिश्र धातु लक्ष्य सामग्री का उपयोग आमतौर पर प्रतिरोधक पतली फिल्में तैयार करने के लिए किया जाता है, जो प्रतिरोध मूल्यों के लिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों की सटीक आवश्यकताओं को पूरा करती है।
सिरेमिक लक्ष्य सामग्री में उनके उत्कृष्ट इन्सुलेशन, पहनने के प्रतिरोध और ऑप्टिकल गुणों के कारण ऑप्टिकल कोटिंग्स, सुरक्षात्मक कोटिंग्स और अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, टाइटेनियम ऑक्साइड सिरेमिक लक्ष्यों का उपयोग एंटी रिफ्लेक्शन और स्व-सफाई कार्यों के साथ पतली फिल्में तैयार करने के लिए किया जा सकता है।
1. धातु लक्ष्य सामग्री: शुद्ध धातु लक्ष्य सामग्री (जैसे तांबा, एल्यूमीनियम, निकल, आदि) और मिश्र धातु लक्ष्य सामग्री (जैसे स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, आदि) शामिल हैं।
2. मिश्रित लक्ष्य सामग्रीजैसे ऑक्साइड लक्ष्य सामग्री (जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड, एल्यूमीनियम ऑक्साइड, आदि), नाइट्राइड लक्ष्य सामग्री (जैसे सिलिकॉन नाइट्राइड, एल्यूमीनियम नाइट्राइड, आदि), कार्बाइड लक्ष्य सामग्री (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड, टंगस्टन कार्बाइड, आदि), आदि।
3. अर्धचालक लक्ष्य सामग्रीजैसे सिलिकॉन लक्ष्य सामग्री, जर्मेनियम लक्ष्य सामग्री, आदि।
लक्ष्य सामग्री संरचना द्वारा वर्गीकृत:
1. समतल लक्ष्य सामग्री: इसकी एक सरल समतलीय संरचना होती है और इसका उपयोग आमतौर पर पारंपरिक मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग उपकरण में किया जाता है।
2. घूर्णन लक्ष्य सामग्री: यह निरंतर घूर्णन प्राप्त कर सकता है, लक्ष्य सामग्री की उपयोग दर और जमा फिल्म की एकरूपता में सुधार कर सकता है।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्यों के लिए प्रदर्शन आवश्यकताएँ:
1. शुद्धता: उच्च शुद्धता वाली लक्ष्य सामग्री जमा पतली फिल्मों की शुद्धता और प्रदर्शन सुनिश्चित कर सकती है। आम तौर पर, लक्ष्य सामग्री की शुद्धता 99.9% से ऊपर होनी चाहिए।
2. घनत्व: उच्च घनत्व लक्ष्य सामग्री स्पटरिंग के दौरान कण संदूषण को कम कर सकती है और पतली फिल्मों की गुणवत्ता और एकरूपता में सुधार कर सकती है।
3. रासायनिक संरचना एकरूपता: जमा फिल्म की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए लक्ष्य सामग्री की रासायनिक संरचना समान रूप से वितरित की जानी चाहिए।
4. क्रिस्टल संरचना: एक उपयुक्त क्रिस्टल संरचना लक्ष्य सामग्री की स्पटरिंग दक्षता और पतली फिल्म के प्रदर्शन को बेहतर बनाने में मदद करती है।
5. आकार और आकृति सटीकता: लक्ष्य सामग्री का आकार और आकृति अच्छी स्थापना और स्पटरिंग प्रभाव सुनिश्चित करने के लिए उपकरण आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।
6. थर्मल स्थिरता: स्पटरिंग प्रक्रिया के दौरान, लक्ष्य सामग्री उच्च तापमान और उच्च ऊर्जा कणों के अधीन होती है, इसलिए इसमें अच्छी थर्मल स्थिरता होनी चाहिए।
7. संक्षारण प्रतिरोध: लक्ष्य सामग्री में अपने सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए एक निश्चित डिग्री का संक्षारण प्रतिरोध होना चाहिए।
जमाव दर या फिल्म निर्माण दर मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग मशीनों की दक्षता मापने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।
अवसादन दर को प्रभावित करने वाले कई कारक हैं, जिनमें कार्यशील गैस का प्रकार, कार्यशील गैस का दबाव, स्पटरिंग लक्ष्य का तापमान और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत शामिल है। लेकिन आज, हम तीन महत्वपूर्ण कारकों के बारे में बात करेंगे जो मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्य कोटिंग्स की जमा दर को प्रभावित करते हैं: स्पटरिंग वोल्टेज, करंट और पावर।
स्पटरिंग वोल्टेज (V)
फिल्म निर्माण दर पर स्पटरिंग वोल्टेज का प्रभाव एक पैटर्न का अनुसरण करता है: वोल्टेज जितना अधिक होता है, स्पटरिंग दर उतनी ही तेज़ होती है, और यह प्रभाव स्पटरिंग जमाव के लिए आवश्यक ऊर्जा सीमा के भीतर कोमल और क्रमिक होता है। स्पटरिंग गुणांक को प्रभावित करने वाले कारकों में, लक्ष्य सामग्री और स्पटरिंग गैस को स्पटर करने के बाद डिस्चार्ज वोल्टेज वास्तव में महत्वपूर्ण है। आम तौर पर, एक सामान्य मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रक्रिया में, डिस्चार्ज वोल्टेज जितना अधिक होता है, स्पटरिंग गुणांक उतना ही अधिक होता है, जिसका अर्थ है कि घटना आयनों में उच्च ऊर्जा होती है। इसलिए, ठोस लक्ष्य सामग्री में परमाणु अधिक आसानी से स्पटर हो जाते हैं और एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट पर जमा हो जाते हैं।
स्पटरिंग करंट (I)
मैग्नेट्रॉन लक्ष्य का स्पटरिंग करंट स्पटरिंग टारगेट मटेरियल की सतह पर आयन करंट के सीधे आनुपातिक होता है, और इसलिए स्पटरिंग दर को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का एक सार्वभौमिक नियम है कि इष्टतम दबाव पर जमाव दर सबसे तेज़ होती है (विभिन्न स्पटरिंग लक्ष्यों और स्पटरिंग परियोजनाओं के आधार पर)। इसलिए, फिल्म की गुणवत्ता को प्रभावित किए बिना और ग्राहक की आवश्यकताओं को पूरा किए बिना स्पटरिंग उपज के दृष्टिकोण से गैस दबाव के इष्टतम मूल्य पर विचार करना उचित है। स्पटरिंग करंट को बदलने के दो तरीके हैं: कार्यशील वोल्टेज को बदलना या कार्यशील गैस दबाव को बदलना।
स्पटरिंग शक्ति (P)
जमाव दर पर स्पटरिंग पावर का प्रभाव स्पटरिंग वोल्टेज के समान होता है। आम तौर पर, मैग्नेट्रॉन लक्ष्यों की स्पटरिंग पावर को बढ़ाने से फिल्म निर्माण दर में सुधार हो सकता है। हालाँकि, यह एक सार्वभौमिक नियम नहीं है। कम स्पटरिंग वोल्टेज (जैसे कि लगभग 200 वोल्ट) और मैग्नेट्रॉन लक्ष्यों के उच्च स्पटरिंग करंट के मामले में, हालाँकि औसत स्पटरिंग पावर कम नहीं है, आयनों को स्पटर या जमा नहीं किया जा सकता है। शर्त यह है कि मैग्नेट्रॉन लक्ष्य सामग्री पर लागू स्पटरिंग वोल्टेज इतना अधिक हो कि यह सुनिश्चित हो सके कि कैथोड और एनोड के बीच विद्युत क्षेत्र में काम करने वाले गैस आयनों की ऊर्जा लक्ष्य सामग्री की "स्पटरिंग ऊर्जा सीमा" से पर्याप्त रूप से अधिक हो।
उच्च गुणवत्ता वाले मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग लक्ष्यों के लिए उच्च शुद्धता, उच्च घनत्व, समान सूक्ष्म संरचना और अच्छी तापीय स्थिरता की आवश्यकता होती है। तैयारी प्रक्रिया के दौरान कच्चे माल, प्रसंस्करण तकनीकों और गुणवत्ता परीक्षण की शुद्धता को सख्ती से नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है। उन्नत उत्पादन तकनीक जैसेपाउडर धातुकर्मऔरवैक्यूम पिघलनालक्ष्य सामग्री के प्रदर्शन को प्रभावी ढंग से सुधार सकता है।
