Understanding ion and atom fluxes during HiPIMS deposition of NbCx films from a compound target

Abstract

K pochopení transportních procesů iontů a atomů ve vysokovýkonových pulzních magnetronových výbojích, které vedou ke změnám stechiometrie vrstev NbC během jejich depozice ze stechiometrického terče NbC při různých opakovacích frekvencích a pracovních cyklech, byla použita kombinace časově průměrované hmotnostní spektroskopie (MS), časově průměrované optické emisní spektroskopie (OES) a modelování procesů v plazmatu. Hmotnostní spektrometrie ukázala, že toky iontů prvků terče na substrát rostou s rostoucí hustotou výkonu v pulzu v důsledku rostoucí elektronové koncentrace, a tedy i pravděpodobnosti ionizace nárazem elektronů. Vzhledem k vyšší ionizační energii a mnohem nižšímu ionizačnímu průřezu C (ve srovnání s Nb) bylo zjištěno, že příspěvek iontů C k depozičnímu toku je prakticky zanedbatelný. Kromě toho OES sledovala koncentrace iontů a atomů v různých vzdálenostech od terče. Analýza OES odhalila, že koncentrace atomů klesají s rostoucí hustotou výkonu v pulzu. Naproti tomu koncentrace iontů vykazovaly nárůst, což je v souladu se zjištěními MS. Na základě údajů z MS, OES a modelování jsme byli schopni odhadnout toky atomů na substrát. Naše pozorování prokázala změnu složení toku materiálu na substrát s rostoucí hustotou výkonu v pulzu, což odpovídá změnám ve složení vrstev. Dále diskutujeme roli vnitřních procesů v plazmatu, které jsou za tuto změnu zodpovědné.