Отже, справедливо припустити, що основну роль в процесах утворення і підтримки плазми в магнетронних розпилювальних системах грають електрони.
Якщо електрон не зіткнеться на своєму шляху з іншого часткою, то він повертається до катода і може бути оборотні захоплений ім. Ймовірність захоплення досить велика, оскільки довжина вільного пробігу електрона значно більше довжини циклоїди. Однак через хвильових процесів в плазмі і неоднорідності магнітного та електричного полів ймовірність захоплення зменшується і вважають, що вона становить 0,5.
Електрони, які потрапляють в магнітну пастку і не повертаються на катод, починають здійснювати зіткнення в плазмі, в результаті яких (а також коливань в плазмі) переміщуються в бік анода. Зробивши кілька іонізуючих зіткнень, електрон втрачає енергію і дифундує до анода. Область, в межах якої електрон втрачає енергію, є областю існування плазми. Кордон цій області в розряді магнетронній системи по суті умовний анод.
Локалізація плазми розряду
Однією з особливостей магнетронних розпилювальних систем є локалізація плазми аномального тліючого розряду у розпилюється поверхні мішені, причому плазма має форму, близьку до тороидальной, і ступінь її іонізації максимальна в центральній частині над зоною розпилення. Причина локалізації плазми відносно середньої лінії зони розпилення пояснюється неоднорідністю магнітного та електричного полів.
Насамперед, локалізація плазми відбувається внаслідок магнітної фокусування електронів в магнітному полі, силові лінії якого мають форму дуги. Це явище можна розглянути на прикладі електронів, початкові швидкості яких спрямовані по нормалі до поверхні мішені.
Малюнок 1.9 - фокусується дію магнітного (а) і електричного (б) полів на електрони і виникнення дрейфових рухів електронів (в): 1 - катод-мішень; 2 - силова лінія магнітного поля; 3 - Еквіпотенціальна поверхню на кордоні темного катодного простору.
З рис. 1.9 видно, що електрони, еміттірованних з країв зони розпилення, рухаються уздовж силової лінії магнітного поля до середини зони розпилення під дією складової швидкості v ?? , В той час як рух у напрямку v ^ обмежена сильним поперечним магнітним полем. Концентрація електронів над середньою частиною зони розпилення призводить до збільшення інтенсивності іонізуючих зіткнень і, отже, зростанню щільності плазми у цій галузі. У результаті цього щільність іонного струму по зоні розпилення неоднорідна: сильніше в центрі і слабкіше біля кордонів.
Формування просторових зарядів в плазмі
Дослідження розряду в схрещених електричному і магнітному полях показали, що магнітне поле робить дуже сильний вплив на параметри і структуру розряду. Оскільки рух іонів в плазмі слабо залежить від використовуваних в МРС магнітних полів, рухливість електронів поперек магнітного поля стає значно нижче, ніж для іонів, і догляд електронів на анод при великих магнітних полях утруднений. Це призводить до того, що у анода утворюється негативний об'ємний заряд і формується анодний шар, в якому відбувається анодне падіння потенціалу. При досить великому магнітному полі майже вся прикладена напруга може падати в анодному шарі. Електрони, прискорюючись у цій галузі, іонізують атоми газу, в результаті чого домінуючою областю іонізації стає пріанодном область, причому товщина анодного шару є функцією магнітного поля. Таким чином, у разі охрещених електромагнітних полів можуть спостерігатися три типи розрядів залежно від величини магнітного поля: розряд з областю катодного падіння, розряд з областю анодного падіння і розряд з одночасним існуванням обох областей.
Аналіз різних варіантів конструкції магнетронних розпилювальних систем показує, що всі вони в діапазоні використовуваних для розряду магнітних полів (0,03-0,1 Т) характеризуються наявністю, як позитивного у катода, так і негативного у анода просторових зарядів, причому анодне падіння потенціалу зростає зростанням індукції магнітного поля.
Коливання в плазмі і виникнення нестабільностей
У плазмі, що знаходиться в магнітному полі, виникають хвильові явища. Електрони можуть здійснювати коливання уздовж силових ліній магнітного поля. Крім того, електрони здійснюють коливання поперек силових ліній магнітного поля. У плазмі можуть виникати коливання іонного струму, в діапазоні частот 50-500 кГц.
Коливання електронного та іонного струмів, а також дрейфовий характер руху частинок в схрещених неоднорідних електричному і магнітному полях призводять до виникнення нестабільностей в плазмі. Умови виникнення цих нестабільностей визначаються величиною індукції магнітного поля, конфігурацією магнітної пастки, а також робочим тиском, причому за певних умов і геом...
