Магнетронная схема ионного распыления

Дальнейшее повышение плотности ионного потока, а следовательно и скорости распыления, обеспечивают магнетронные системы (см. рисунок 5.8, в). Под распыляемым материалом (катодом) 1 располагают магниты 9.

Силовые линии в виде дуг замыкаются между полосами N–S, образуя неоднородное магнитное поле. Над катодом помещают кольцевой анод 6. При подаче постоянного напряжения (300–1000 В) между катодом и анодом возникает электрическое поле напряженностью Е и возбуждается тлеющий разряд. Силовые линии электрического поля пересекаются с магнитными силовыми линиями.

Электроны, эмитируемые катодом, под воздействием скрещенных полей движутся по циклоидальным траекториям. В плоскости, параллельной плоскости катода, образуется область замкнутого дрейфа электронов. При движении электроны испытывают многократные соударения с атомами рабочего газа и ионизируют их; потерявшие большую часть своей энергии электроны попадают на анод. Сложное, замкнутое движение электронов и обусловливает возрастание концентрации бомбардирующих ионов вблизи распыляемого материала. Зона интенсивного распыления поверхности имеет вид замкнутой дорожки, размеры и форма которой определяются геометрией магнитной системы.

В кольцеобразной зоне степень ионизации рабочего газа приближается к 100 %, что позволяет получать высокие плотности ионного тока (10–20 мА/см²). Благодаря высоким плотностям тока скорость распыления приближается к скоростям при электронно-лучевом термическом испарении или взрывном испарении-распылении катода дугой низкого давления. Предельная скорость распыления определяется теплопроводностью распыляемого материала и условиями его охлаждения. Водяное охлаждение материала катода предотвращает её высокий нагрев и оплавление.

Магнетронные системы с различными пространственными формами мишени позволяют наносить покрытия на сложные поверхности изделий, например наружные или внутренние цилиндрические.