机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (14): 207-219.doi: 10.3901/JME.260749
田庆旭1, 周啸2, 龚鸣宇2, 张鹤霖3, 陈淑英1, 孟范超1
Tian Qingxu1, Zhou Xiao2, Gong Mingyu2, Zhang Helin3, Chen Shuying1, Meng Fanchao1
摘要: 磁控溅射在薄膜制备中应用广泛,但仍存在靶材刻蚀不均及效率偏低的问题。本研究旨在阐明磁结构、腔体形状与放电参数对氩离子输运的影响机制,为提升溅射均匀性与效率提供依据。基于耦合磁场与等离子场的有限元模型,评估磁极高度配置(内高外低、等高、外高内低)、腔体高径比(0.5~1.5)及放电条件(阳极电压50~200 V、气压6.67~126.66 Pa)对氩离子分布与溅射行为的影响。结果显示,“外高内低”结构强化磁场约束,使离子分布集中、半峰宽降低23%,刻蚀效率提高但靶材利用率下降;高径比由0.5增至1.5时,离子数密度方差下降94.8%,积分强度提高47.3%,靶材利用率与刻蚀效率分别提升约20倍和1.5倍;随阳极电压升高,氩离子产额呈数量级增长,而气压升高使其衰减至约28%。研究明确了磁场梯度、几何约束与放电条件对离子输运的耦合规律,为磁控溅射设备与工艺优化提供理论支撑。
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