Công nghệ phún xạ Magnetron là một kỹ thuật quan trọng được sử dụng rộng rãi để biến đổi bề mặt vật liệu và lắng đọng màng mỏng. Là thành phần cốt lõi của công nghệ này, hiệu suất và chất lượng của mục tiêu phún xạ magnetron ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính và ứng dụng của màng mỏng đã chuẩn bị. Bài viết này sẽ giới thiệu toàn diện và chuyên sâu về các mục tiêu phún xạ magnetron, bao gồm định nghĩa, phân loại, phương pháp chuẩn bị, yêu cầu về hiệu suất, lĩnh vực ứng dụng và xu hướng phát triển trong tương lai.
Mục tiêu phún xạ magnetron dùng để chỉ một vật liệu được phun ra các nguyên tử hoặc phân tử bởi các hạt năng lượng cao trong quá trình phún xạ magnetron, sau đó lắng đọng trên chất nền để tạo thành một màng mỏng. Nó thường bao gồm các chất có thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể cụ thể, chẳng hạn như kim loại, hợp kim, hợp chất, v.v.
Luồng quy trình vật liệu mục tiêu phún xạ:
Bột nguyên liệu - luyện bột - trộn bột - ép nén - thiêu kết khí quyển - gia công nhựa -xử lý nhiệt- kiểm tra siêu âm - cắt nước - gia công cơ khí - kim loại hóa - liên kết - kiểm tra siêu âm - làm sạch siêu âm - kiểm tra - vận chuyển.
Ý nghĩa cụ thể của các quá trình chính như sau:
Luyện bột: thực hiện quá trình thiêu kết sơ bộ trong không khí trên bột nguyên liệu thô và kiểm soát hàm lượng khí trong bột nguyên liệu thô.
Trộn bột: Vật liệu mục tiêu có công thức độc đáo đòi hỏi phải kiểm soát chính xác hàm lượng của từng thành phần và hạn chế nghiêm ngặt hàm lượng tạp chất. Trong quá trình luyện kim bột, cần trộn đều tất cả các nguyên tố, phân bố kích thước hạt đồng đều để tránh ô nhiễm và chuẩn bị bột hỗn hợp thông qua các phương pháp xử lý đặc biệt.
Đúc nén: Vật liệu mục tiêu được chuẩn bị bằng quy trình luyện kim bột đòi hỏi phải ép trước vật liệu bột để biến nó thành vật liệu xanh có mật độ trung bình. Tính đồng nhất của mật độ và các khuyết tật bên trong của nó ảnh hưởng đến hiệu suất thiêu kết ở nhiệt độ cao ở giai đoạn sau.
Thiêu kết khí quyển: Thân xanh được ép trước cần trải qua một hoặc nhiều quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao. Các đường cong nhiệt độ thiêu kết khác nhau được chọn theo các vật liệu khác nhau và các môi trường thiêu kết khác nhau như không khí và áp suất thiêu kết được chọn để chuẩn bị các vật thể mục tiêu mật độ cao.
Gia công nhựa: Các thỏi kim loại cần phải trải qua biến dạng dẻo đáng kể để có đủ kích thước chiều dài, chiều rộng và độ dày, đồng thời gây ra biến dạng kéo đủ của các hạt bên trong, từ đó tạo ra đủ độ lệch bên trong. Xử lý nhiệt: Sau khi trải qua biến dạng dẻo đáng kể, các thỏi kim loại phải trải qua quá trình xử lý nhiệt được lựa chọn dựa trên đặc tính của các vật liệu khác nhau, dẫn đến sự kết tinh lại của vật liệu kim loại và loại bỏ ứng suất bên trong.
Phát hiện lỗ hổng bằng siêu âm: Sau khi xử lý phôi mục tiêu, cần sử dụng sóng siêu âm để kiểm tra xem bên trong vật liệu có khuyết tật hay không. Sau khi khoảng trống mục tiêu được gắn vào tấm phía sau, cần sử dụng máy quét siêu âm ngâm trong nước để phát hiện lớp liên kết và kiểm tra xem vùng liên kết có đạt tiêu chuẩn hay không.
Gia công cơ khí: Trống mục tiêu cần phải trải qua quá trình xử lý tạo hình cơ học chính xác cho tấm phía sau được sử dụng kết hợp với phôi mục tiêu. Do sự phối hợp chính xác với thiết bị phủ và khả năng chịu được nước làm mát áp suất cao nên nó đòi hỏi độ chính xác kích thước và độ bền cơ học cực cao. Độ khó xử lý cao, đặc biệt đối với tấm mặt sau có mạch nước tuần hoàn bên trong. Do được làm bằng vật liệu đặc biệt nên việc hàn kín mạch nước rất khó khăn và đòi hỏi công nghệ hàn đặc biệt.
Kim loại hóa: Trước khi gắn phôi mục tiêu vào tấm nền, để nâng cao hiệu suất làm ướt của vật liệu mục tiêu và kim loại giữa vật liệu mục tiêu và vật hàn, cần phải thực hiện xử lý trước trên bề mặt liên kết để phủ nó bằng một lớp chuyển tiếp.
Liên kết: Do tính chất vật lý hoặc hóa học hạn chế của vật liệu, hầu hết các vật liệu mục tiêu không thể được lắp đặt và phủ trực tiếp để sử dụng. Cần có vật hàn kim loại để hàn và kết nối phôi mục tiêu với tấm nền, và tỷ lệ liên kết bề mặt hiệu quả cần đạt tỷ lệ hàn diện rộng trên 95%. Toàn bộ quá trình cần phải được thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao.
Phân loại vật liệu mục tiêu phún xạ Magnetron
1. Vật liệu bia kim loại: bao gồm vật liệu bia kim loại nguyên chất (như đồng, nhôm, niken, v.v.) và vật liệu bia hợp kim (như thép không gỉ, hợp kim nhôm, v.v.).
2. Vật liệu mục tiêu hỗn hợp: chẳng hạn như vật liệu mục tiêu oxit (như silicon dioxide, nhôm oxit, v.v.), vật liệu mục tiêu nitride (như silicon nitride, nhôm nitride, v.v.), vật liệu mục tiêu cacbua (như cacbua silic, vonfram cacbua, v.v.), v.v.
3. Vật liệu mục tiêu bán dẫn: chẳng hạn như vật liệu mục tiêu silicon, vật liệu mục tiêu germanium, v.v.
Phân loại theo cấu trúc vật liệu mục tiêu:
1. Vật liệu mục tiêu phẳng: Nó có cấu trúc phẳng đơn giản và thường được sử dụng trong các thiết bị phún xạ magnetron thông thường.
2. Vật liệu mục tiêu quay: Nó có thể đạt được tốc độ quay liên tục, cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu mục tiêu và tính đồng nhất của màng lắng đọng
Yêu cầu về hiệu suất đối với mục tiêu phún xạ magnetron:
(1) Độ tinh khiết
Vật liệu mục tiêu có độ tinh khiết cao có thể đảm bảo độ tinh khiết và hiệu suất của màng mỏng lắng đọng. Nói chung, độ tinh khiết của vật liệu mục tiêu phải trên 99,9%.
(2) Giảm mật độ
Vật liệu mục tiêu mật độ cao có thể làm giảm ô nhiễm hạt trong quá trình phún xạ và cải thiện chất lượng cũng như tính đồng nhất của màng mỏng.
(3) Tính đồng nhất về thành phần hóa học
Thành phần hóa học của vật liệu mục tiêu phải được phân bổ đều để đảm bảo tính ổn định của màng lắng đọng.
(4) Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc tinh thể phù hợp giúp cải thiện hiệu suất phún xạ của vật liệu mục tiêu và hiệu suất của màng mỏng.
(5) Độ chính xác về kích thước và hình dạng
Kích thước và hình dạng của vật liệu mục tiêu phải đáp ứng các yêu cầu của thiết bị để đảm bảo hiệu quả lắp đặt và phún xạ tốt.
(6) Độ ổn định nhiệt
Trong quá trình phún xạ, vật liệu mục tiêu chịu tác động của hạt ở nhiệt độ cao và năng lượng cao nên đòi hỏi độ ổn định nhiệt tốt.
(7) Chống ăn mòn
Vật liệu mục tiêu phải có mức độ chống ăn mòn nhất định để kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp như thông tin điện tử và năng lượng mới, nhu cầu thị trường về mục tiêu phún xạ magnetron tiếp tục tăng. Mục tiêu phún xạ magnetron, là thành phần cốt lõi của công nghệ phún xạ magnetron, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, các yêu cầu về hiệu suất và chất lượng đối với các mục tiêu phún xạ magnetron cũng sẽ tiếp tục tăng lên.
Hiệu suất cao: Với sự cải tiến liên tục các yêu cầu về hiệu suất màng trong các lĩnh vực ứng dụng, các yêu cầu cao hơn đã được đặt ra cho hiệu suất của các mục tiêu phún xạ magnetron, chẳng hạn như độ tinh khiết, mật độ, độ đồng nhất cao hơn, v.v.
Đa dạng hóa: Với sự xuất hiện liên tục của các lĩnh vực ứng dụng mới, các loại và yêu cầu hiệu suất của mục tiêu phún xạ magnetron cũng ngày càng đa dạng hơn, chẳng hạn như mục tiêu vật liệu bán dẫn mới, mục tiêu hỗn hợp mới, v.v.
