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99、在磁控溅射或阴极电弧蒸发阶段为什么要节流?抽速的大小对真空室内压力的均匀有什么影响?

2019-02-15

答:为什么节流可有几种说法。在磁控溅射或阴极电弧蒸发阶段真空室的压力较高,约0.5Pa,这是由于工作气体Ar气和反应气体的导入而造成的。此工作压力会使得真空系统的主泵的泵口压力过高而处于不稳定的工作状态。为了使泵口压力能降低到稳定工作的压力,采用节流阀节流,由于气体是由高压强往低压强流动,真空室压力不变,节流阀总可调节到某一流导,使气体经过该流导压力降低到泵的正常工作压力。否则的话不仅泵抽气不稳而影响沉积均匀,对于扩散泵而言,射流的紊乱还会增大返油。但是节流使泵的有效抽速降低,使真空室的活性气体分压提高。另一节流的理由是,由于工作气体和反应气体的导入量决定于工作压力及泵的有效抽速,压力高低是工艺的要求不能变更,于是通过节流减小抽速,可使得气体的导入量减少,可节约气体。这一点与前述原因相比显然理由不足,首先气体成本低,少用效益并不明显,保证泵的正常工作才是最根本的。少用气体仅是在保证泵的正常工作前提下而必然的一个结果,是好是坏还不能确定。再一有关节流的说法是过大的抽速会对真空室内的压力均匀造成影响,从而影响膜层沉积均匀。对此可做一定量的分析。1m3大小的真空室,在镀膜阶段有效抽速大约是1300L/s,镀膜室抽气口的大小约0.8m×0.3m=0.24m2,故抽气口处形成的定向气流速率约为u=1.3m3/s/0.24m2=5m/s,而通常真空室内气体分子热运动的平均速率左右,因此定向速率与热运动平均速率比值仅=1%大小。这种与平衡态的偏离完全可以忽略,再加上真空室内工件的运动过程可以平衡空间不同的沉积条件,故由于抽气引起的不均匀性应该不是主要因素。可以有理由认为在真空沉积阶段,在泵能正常工作的前提下应尽量发挥泵的有效抽速,可以有利于把真空室内的活性气体分压强降至最低,从而从根本上保证沉积膜层的质量才是最优的工艺方案,如需节流也是不得已为之,会产生负面影响。


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