動態反向脈沖——占空比

作者：Gayatri Rane，AE Customer Solutions Lab

在之前的《實踐出真知，實驗領創新》推文中，我們探討了與傳統的雙極脈沖(BP)雙磁控濺射相比，動態反向脈沖(DRP)模式可將基底熱負荷降低約12%，從而為SiO2的反應濺射提供多項利處，同時可使沉積速率提高10%。DRP模式可減半處理每個磁控管上施加的功率，并與顯式陽極共享脈沖，完全不同于雙極模式中兩個靶標以50/50占空比交替作為陰極和陽極(圖1)的方式。DRP模式保持高占空比，從而使得陽極上的極性僅在短時間內反轉，約5%至30%足以充分釋放靶電荷積聚。

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圖1：動態反向脈沖與雙極脈沖模式

研究表明，等離子體對外擴散越少，對外發熱量就減少，磁場對電子運動和等離子體的約束可以帶來這樣的影響。在雙極脈沖模式(靶標交替作為陽極和陰極)中，陽極具有磁性，從而使得電子被磁屏蔽，并且只能沿著磁力線到達陽極。因此，從陰極發射的二次電子集中在陰極附近，從而增加基底前端的等離子體密度。相反，在動態反向脈沖模式下，沒有磁場的陽極與靶的磁力線相交，將會有效地收集電子，不會使它們損失到等離子體中，從而不會對基底加熱產生影響1。

關于動態反向脈沖模式，占空比和陽極的角色是一個非常有意思的話題。我們研究了不同占空比對工藝和薄膜性能的影響。我們在具有雙旋轉靶之間設置了陽極的工業桶狀鍍膜機中進行了測試(如圖2所示)。

實驗設置

使用兩個同步的Advanced Energy AscentSMS/DMS AP電源裝置(每側運行功率為6 kW(即總計12 kW)，脈沖頻率為80 kHz)，在Ar/O2環境中用Si靶沉積200 nm SiO2膜，其中，采用80/20、70/30、60/40和50/50的占空比(即陰極/陽極的接通時間)。

圖3：(上)電壓調節模式(適用于不同占空比下具有DRP配置的Si反應濺射)下獲得的磁滯曲線。(下)DRP模式下具有不同占空比的薄膜沉積的放電電壓/電流。

圖3(上)顯示在不同占空比下通過電壓調節獲得的磁滯曲線。減少陰極上的導通時間即發生向更高電壓(更低電流)的磁滯曲線偏移。有益的是，需要較低的氧氣流來實現曲線中的等效工藝條件(使用箭頭指示過渡區域中80%的位置)。在這些等效工作點沉積的薄膜產生相似的折射率和組成。但是，隨著占空比的降低，功率常態化動態沉積速率降低(7%)，基底熱負荷增加(3%)(如圖4所示)。

圖4 ：作為動態反向脈沖占空比函數的200nmSiO2膜性質

請注意：與雙極脈沖模式相比，DRP50模式下的熱負荷較低，而動態沉積速率較高(如我們先前的推文中所討論的)。但是，隨著占空比降低，薄膜變得更光滑，表面粗糙度變平并變大(如圖5 AFM圖像所示)。

圖5 ：動態反向脈沖模式中以不同占空比沉積的SiO2膜的AFM圖像(頂部為拉伸z尺度，底部為非扭曲z尺度)。

總而言之，相關實驗證明改變占空比可以讓工藝工程師優化沉積條件和薄膜性能。

如您需進一步了解DRP模式的過程或了解更多有趣的測試和結果，請繼續關注我們！后續，我們將在發布的推文中討論陽極相關的話題。

審核編輯：湯梓紅