圓平面磁控濺射靶的優(yōu)化研究.pdf

1、磁場分布在整個磁控濺射過程中起著至關(guān)重要的作用，磁場強(qiáng)度的大小、分布決定了等離子體的特性，從而對成膜質(zhì)量、靶材刻蝕的均勻程度以及靶材的利用率均有很大的影響。此外磁控靶的溫度直接關(guān)系著濺射功率和濺射效率，冷卻效果的好壞也會對濺射過程產(chǎn)生影響。以往人們通過實驗的方法進(jìn)行研究，成本高、周期長，因此對相關(guān)課題應(yīng)用計算機(jī)模擬優(yōu)化然后實驗論證具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。
　　首先，根據(jù)需要為JPG800型磁控濺射鍍膜機(jī)設(shè)計一個(O)150mm的

2、圓平面磁控靶。為了使靶面水平方向的磁場分布盡可能均勻，利用ANSYS有限元軟件對靶面的磁場進(jìn)行模擬優(yōu)化。本文共提出三種優(yōu)化模型:磁鋼外徑(0)180mm、削角且在外側(cè)加裝導(dǎo)磁片模型，磁鋼外徑(0)150mm削角模型，磁鋼外徑(0)150mm雙套磁鋼模型。通過改變內(nèi)磁柱半徑、外磁環(huán)厚度以及二者的高度、矯頑力、相對磁導(dǎo)率、削角大小等參數(shù)分別實現(xiàn)了靶面磁場均勻分布區(qū)域為距離靶心20-69mm，占靶材面積的77.5％;18-58mm，占靶材面積

3、的54％;18-57mm，占靶材面積的52％。最終對雙磁鋼模型進(jìn)行加工生產(chǎn)。
　　其次，對加工出來的雙磁鋼圓平面磁控靶實驗。通過“米”字同心圓法對其磁場進(jìn)行測量，其測量值與模擬優(yōu)化值相比具有較大的誤差。磁感應(yīng)強(qiáng)度只有優(yōu)化設(shè)計的60％，磁場分布均勻的區(qū)域也只是優(yōu)化模擬的66％。應(yīng)用該磁控濺射靶對(O)150mm×5mm的鋁靶材進(jìn)行刻蝕實驗，其靶材利用率只有17.76％。通過和當(dāng)前同尺寸的普通圓平面磁控濺射靶對比刻蝕實驗，發(fā)現(xiàn)其靶材利

4、用率比普通靶的提高了4.73％。在加工制造精度只有優(yōu)化模擬要求的百分之六十多的情況下靶材利用率還能提高，這充分說明該雙磁鋼結(jié)構(gòu)靶的可行性與優(yōu)越性。
　　最后，應(yīng)用FLUENT軟件對SD-500型磁控濺射鍍膜機(jī)的圓平面靶的水冷系統(tǒng)進(jìn)行模擬優(yōu)化。通過進(jìn)行冷卻水對流換熱模擬，發(fā)現(xiàn)冷卻水進(jìn)出口溫差，靶面溫度分布，靶內(nèi)冷卻水流態(tài)等的模擬結(jié)果與理論計算及實際測量值相符。然后對冷卻水進(jìn)出水管深入靶腔的長度、位置、削角尺寸等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。發(fā)現(xiàn)