Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние исследований магнетронных распылительных систем .. 8
1.1. Основные характеристики магнетронных распылительных систем 8
1.2. Конструктивные схемы магнетронных распылительных систем 11
1.3. Исследования внешних характеристик магнетронных распылительных систем 19
1.4. Экспериментальные исследования особенностей рабочего процесса в магнетронных распылительных системах 21
1.5. Теоретические исследования рабочего процесса в магнетронных распылительных системах 26
Глава 2. Экспериментальная установка и методы измерений 32
2.1. Схема установки 33
2.2. Экспериментальные магнетронные распылительные системы 37
2.3. Электрический одиночный зонд Ленгмюра 45
2.4. Особенности зондовых измерений в плазме с магнитным полем 50
2.5. Конструкция зонда и схема зондовых измерений 56
2.6. Методика измерений магнитного поля и холловского тока в магнетронном разряде . 60
Глава 3. Экспериментальные исследования разряда в магнетронных распылительных системах 69
3.1. Вольтамперные характеристики (ВАХ) разряда в магнетронных распылительных системах 69
3.2. Конфигурация магнитных полей в разрядном промежутке и их влияние на форму разряда 73
3.2. Измерение распределения локальных параметров плазмы в прикатодной области разряда 77
3.4. Исследование внешней границы области замагниченной плазмы 87
3.5. Экспериментальное определение величины холловского тока в разряде магнетронной распылительной системы 102
Глава 4. Электромагниты для магнетронных распылительных систем 104
4.1. Распределение магнитной индукции над поверхностью катода в зависимости от параметров электромагнита 104
4.2. Электромагнитная система для распыления ферромагнитных материалов. 116
Глава 5. Теоретическая модель разрядного промежутка магнетронной распылительной системы ... 122
5.1. Структура разрядного промежутка. 122
5.2. Некоторые константы, характерные для области замагниченной плазмы. Распределение В, Е, jp в области замагниченной плазмы 125
5.3. Эквивалентное давление и признаки подобия коэффициента ионизации в присутствии магнитного поля 131
5.4. Распределение коэффициента ионизации в разрядном промежутке... 136
5.5. Распределение плотности электронного токауе, плотности ионного тока j), концентрации плазмы пе в разрядном промежутке 137
5.6. Параметры разряда на границе области замагниченной плазмы и катодного слоя 141
5.7. Градиент электронного давления и его учет в описании плазмы магнетронного разряда 143
5.8. Холловский ток в области замагниченной плазмы 145
5.9. Баланс энергии электронов и температура электронов в анодной области разряда 150
5.10. Функция распределения ионов по энергиям на входе в катодный слой. Средняя энергия ионов на входе в катодный слой 155
5.11. Минимальное рабочее давление 161
5.12. Внешняя граница области замагниченной плазмы 167
5.13. Толщина катодного слоя 178
5.14. Движение электронов в катодном слое 180
5.15. Ионизирующая способность катодного слоя 185
5.16. Функция распределения ионов по энергиям на поверхности катода. Средняя энергия иона на поверхности катода 186
Выводы 192
Список литературы... 195
- Экспериментальные исследования особенностей рабочего процесса в магнетронных распылительных системах
- Методика измерений магнитного поля и холловского тока в магнетронном разряде
- Измерение распределения локальных параметров плазмы в прикатодной области разряда
- Распределение магнитной индукции над поверхностью катода в зависимости от параметров электромагнита
Введение к работе
Метод магнетронного распыления широко используется в технологии нанесения тонких пленок, в частности, в электронной и оптической промышленности, а также в машиностроении. [1], [2]. Однако недостаток знаний о строении магнетронного разряда сужает возможность управления его параметрами, не раскрывает причину таких эффектов, как устойчивость разряда или работоспособность магнетронной системы. Как замечено в [3], практическое применение магнетронных распылительных систем (МРС) значительно опередило разработку теории их работы и появление методики расчета.
В настоящее время важной задачей для магнетронных распылительных систем является возможность распыления ферромагнитных материалов, в частности, ферромагнитных материалов для накопителей информации. Применение магнетронных распылительных систем для нанесения сложных многослойных оптических покрытий на крупногабаритные оптические детали и плоских систем отображения информации требует увеличения стабильности работы при реактивных процессах. При этом необходимо получать покрытия с воспроизводимостью свойств и толщины, сравнимой с воспризводимостью при электронно-лучевой технологии. Применение магнетронных распылительных систем в нанотехнологии требует высокой стабильности скорости нанесения покрытия. Все эти задачи могут быть решены с помощью магнетронов, оснащенных электромагнитными системами, которые позволяют гибко управлять величиной и конфигурацией магнитного поля, а также получать магнитные потоки необходимые для магнитного насыщения и распыления ферромагнитных катодов. Однако на сегодняшний день магнетронные системы с электромагнитными системами не получили широкого распространения так как отличаются сложностью изготовления и проблемами в управлении разрядом. Это, в значительной мере, связано с неполным представлением о
влиянии конфигурации магнитного поля на рабочие характеристики магнетронного разряда. Поэтому выбор представленного направления исследований является актуальным и, что особенно важно, нацеленным на практический промышленный выход.
Целью работы является
-исследование физических процессов в магнетронной распылительной системе;
-разработка рекомендаций для проектирования электромагнитных систем промышленных магнетронов;
-разработка электромагнитной системы, которая должна обеспечивать: распыление ферромагнитных материалов со скоростью удовлетворяющей производство накопителей информации на жестких магнитных дисках; распыление металлических мишеней в среде реактивного газа при заданной скорости нанесения диэлектрических и полупроводниковых покрытий для оптических деталей и средств отображения информации; управление разрядом с помощью магнитной системы, минуя значительные изменения давления в камере и напряжения источника питания.
Основными задачами данной работы являются:
-экспериментальное определение распределения локальных параметров плазмы (потенциал и концентрация плазмы, температура электронов) в области замагниченной плазмы и выяснения связи полученного распределения с распределением индукции магнитного поля;
-теоретическое описание потоков заряженных частиц в области замагниченной плазмы и прикатодной области разряда;
-определение граничных условий существования разряда;
-получение рекомендаций для проектирования электромагнитных систем промышленных магнетронов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- экспериментально получено пространственное распределение локальных
параметров плазмы в прикатодной области МРС: электронной температуры, концентрации и потенциала плазмы;
экспериментально определено положение внешней границы разряда, которая имеет потенциал анода и установлена количественная связь между положением этой границы, а также величиной и формой поля В, давлением и родом рабочего газа;
получены критерии работоспособности МРС и области допустимых рабочих параметров;
разработана методика оценочного расчета магнитных полей в МРС с электромагнитной системой.
На защиту выносятся:
-результаты экспериментального исследования распределения локальных параметров плазмы в прианодной области и области замагниченной плазмы МРС: электронной температуры, концентрации и потенциала плазмы;
-результаты экспериментального определения положения внешней границы разряда в МРС, а также исследование параметров плазмы на этой границе;
-результаты измерения величины холловского тока в прикатодной области разряда;
- результаты теоретического исследования разряда в МРС;
-методика оценочного расчета магнитных полей в МРС с
электромагнитной системой.
- рекомендации по проектированию МРС.
Экспериментальные исследования особенностей рабочего процесса в магнетронных распылительных системах
Подробное экспериментальное изучение разряда с замкнутым дрейфом электронов началось в 60-х-70-х годах. В устройствах со скрещенными электрическими и магнитными полями повышение скорости распыления катода достигалось увеличением плотности тока путем локализации плазмы поперечным магнитным полем у распыляемой поверхности [17], [18]. В работе [19] исследовалось устройство со скрещенными электрическим и магнитным полями цилиндрической геометрии. В этом устройстве использовались радиальное электрическое и аксиальное магнитное поля. Было обнаружено, что при увеличении рабочего давления выше критического значения высоковольтный разряд низкого давления скачком переходит в сильноточный разряд с интенсивным ионообразованием. При этом в разряде могут возникать ионизационные неустойчивости, приводящие к колебаниям разрядного тока [20]. В дальнейшем на основе этих устройств были разработаны ускорители с анодным слоем (УАС) [21-24].
Следует отметить, что общность принципов работы МРС и УАС делает общими и трудности экспериментального исследования, а также теоретического описании этих устройств и, как следствие, не дает полной и ясной картины разряда. Однако в МРС исследование разряда облегчено по сравнению с УАС по причине конструктивных особенностей первого. Доступность разрядного промежутка МРС со всех сторон существенно облегчает диагностику плазмы МРС различными методами. Кроме того, геометрические размеры позволяют получить достоверные распределения магнитных полей, и локальных параметров по объему плазмы разряда. Видимо, в ближайшем будущем результаты, полученные при исследовании МРС, с большим успехом могут быть перенесены на анализ параметров УАС.В 80-х 90-х годах было проведено обширное исследование параметров плазмы при различных режимах работы МРС.
В МВТУ им. Н.Э. Баумана под руководством М.К. Марахтанова интенсивно велись исследования и разработки МРС [25-28]. А.Б. Понкратовым были проведены калориметрические исследования тепловых потоков в элементы конструкции МРС. Анализ полученных результатов показал, что в катоде выделяется от 0.8 до 0.9 мощности разряда, а средняя энергия распыленных атомов меди имеет величину 3...5 эВ. Ю.А. Хохловым было проведено исследование распределения ионов по энергиям на поверхности катода. Измерения показали, что средняя энергия ионов на поверхности мишени составляет 0.8...0,9 от напряжения разряда [29]. Указанными авторами был обнаружен эффект гашения разряда при внесении в него заземленного зонда. Разряд практически мгновенно гас, при удалении зонда разряд восстанавливался. М.К. Марахтановым и А.Б. Понкратовым был впервые получен режим горения разряда в парах распыленного материала на холодном плоском медном катоде (режим самораспыления) [30]. В.В. Гвоздевым были измерены коэффициенты распыления различных металлов из жидкой фазы [31].
Эксперимент по определению условий, определяющих положение границы зоны распыления на катоде, был описан в [32]. Положение границы зоны распыления связывалось с величиной параллельной катоду составляющей поля Вр. Измерения проводились в МРС с центральным постоянным магнитом и.коаксиально расположенным соленоидом, меняя ток в котором, изменяли составляющую Вр. При этом измерялось значение Вр на границе зоны распыления. Fukami Т. нашел, что на границе зоны распыления Вр имеет характерное значение 0,003...0,004 Тл., при этом сама граница передвигалась по поверхности катода в соответствии с перемещением Вр с найденным характерным значением. Позже Fukami Т. получил патент на конструкцию МРС с перемещаемой зоной распыления, где разряд перемещался по разным частям поверхности катода, состоящим из различных материалов, для получения многокомпонентных и многослойных покрытий.
Некоторые авторы связывали положение границы зоны распыления с местом катода, где магнитное поле В имеет только нормальную к катоду составляющую. В работе [33] было обнаружено, что для границы зоны ВхЕ разряда характерны значения параметра Холла для электронов а)ете=30-40, где сое - циклотронная частота для электронов, те - время между столкновениями электронов.
А.Е. Wendt и М.А. Lieberman исследовали пространственную структуру разряда в МРС [34]. Исследовалось распределение разрядного тока по поверхности плоского дискового катода при известном распределении магнитного поля над ним. Определялась ширина дорожки распыления в зависимости от давления рабочего газа, напряжения и тока разряда, величины магнитного поля.
S.M. Rosnagel и H.R. Kaufman проводили измерения распределения электронной температуры, концентрации плазмы и потенциала плазмы по длине разрядного промежутка методом зонда Ленгмюра [35]. Они же определяли толщину катодного слоя оптическим микроскопом при различных токах и напряжениях разряда [36] и величину холловского тока по изменению величины магнитного поля в разряде [37]. Было обнаружено, что электронная температура в разряде на аргоне имеет величину Те=1-5 эВ. Концентрация плазмы на различных расстояниях от катода составила пе= 101 -10 7м"3. Концентрация плазмы увеличивалась по мере приближения к катоду. Потенциал плазмы мало изменялся по длине разряда и значительно снижался на расстояниях менее 3 мм от катода, что позволяет считать, что практически все разрядное напряжение сосредоточено на прикатодном слое, в котором имеется избыточный положительный заряд. Толщина темного прикатодного пространства хорошо описывалась уравнением Чайлда-Ленгмюра.
Методика измерений магнитного поля и холловского тока в магнетронном разряде
Это предохраняет зонд от перегрева, поскольку исключает большие токи, соответствующие ветви электронного тока насыщения. Осциллограф С1-83 служит для регистрации вольтамперной характеристики зонда. Развертка сигнала на экране осциллографа происходит непрерывно по двум осям, X и 7. На вход осциллографа подаются электрические сигналы, пропорциональные напряжению зонда U и силе тока зонда /. Шунтирующее сопротивление 8 служит для формирования сигнала, пропорционального току зонда. Конденсатор 9 предназначен для подавления шумов в измерительной цепи зонда, в результате чего сужается полоса шума, например, на восходящей ветви характеристики Ву , показанной на рис.2.10. По форме ветви, «очищенной» таким образом, становится проще определить электронную температуру Те, см. выше.
В данной диссертации были разработаны, а затем применены две методики измерения индукции магнитного поля. Первая относится к измерению поля магнетрона при выключенном разряде. Вторая - к измерению магнитного поля, создаваемого замкнутым холловским током, возникающим в магнетронном разряде.
Для изучения параметров плазмы и потоков заряженных частиц, необходимо иметь картину распределения магнитного поля вблизи катода магнетрона. Считая, что газоразрядная плазма не изменяет эту картину, распределение магнитной индукции рядом с неработающим магнетроном было измерено теслоамперметром Ф - 4354/1Т (погрешность измерения равна 0,5%) и измерителем магнитной индукции Ш1-8 (погрешность измерения равна 0,5%). Измеритель магнитной индукции Ш1- 8 имеет щуп толщиной 3 мм, шириной 8 мм. Внутри пластинки щупа находится датчик Холла, имеющий диаметр 3 мм и толщину 2 мм. Размер 2 мм являлся тем минимальным пространственным шагом, которым была ограничена наиболее «подробная» осесимметричная сетка магнитной индукции, измеренная и построенная для прикатодной зоны магнетрона. Описанная методика использовалась для измерения индукции Вм магнитного поля, создаваемого катушками электромагнитов, см. рис. 2.14.
Когда загорается разряд, возникает дополнительное магнитное поле, которое создает виток jx электронного тока, замкнутый внутри плазмы. Поскольку этот ток называют холловским, то магнитное поле Вх, созданное им, мы будем так же называть «холловским». Во внешней области разряда векторы индукции Вм и Вх направлены в одну сторону и складываются друг с другом. Поэтому при теоретическом анализе параметров плазмы в МРС следует оценить предварительно, насколько одно поле искажает другое. Для ответа на этот вопрос было измерено «холловское» магнитное поле по аналогии с той методикой, которая использовалась в работе [37].
Считалось, что магнитная индукция Вм изменяется на величину Д в любой точке на оси у магнетрона, когда возникнут холловский ток 1Х и магнитная индукция Вх. Эта величина равна тому вкладу в индукцию, который делает холовский ток. Поэтому можно считать, что ЛВ= Вх. Если величину А5 измерить экспериментально, то плотность холовского тока можно определить по закону Био и Савара: где: R - радиус витка с холловским током; г - расстояние от плоскости холловского тока до магнитного зонда, расположенного на оси у магнетрона, см. рис.2.14.
При таком/способе расчета не учитывается наличие магнитопровода в непосредственной близости от витка холловского тока. В магнитопроводе, выполненном из ферромагнетика, холловским током наводится магнитное поле, которое увеличивает величину поля Вх, наводимого во внешней области разряда. Однако учет влияния магнитопровода усложняет решение поставленной задачи.
Учитывая сказанное, были измерены величина ДЯ, вызванная изменением магнитного поля холловским током в магнетроне с горящим разрядом (в рабочем режиме магнетрона), а также определена величина холловского тока в разряде, путем моделирования пробным витком с током.
Измерения проводились в магнетронной распылительной системе МРС №2, в которой система электромагнитов создавала на поверхности катода магнитные поля с индукцией 0... 0,1 Тл при толщине медного катода, равной 8 мм, см. рис. 2.7. Плазмообразующий газ - аргон.
Для измерения индукции магнитного поля в горящем разряде над поверхностью катода был разработан магнитный зонд с термической стабилизацией для устранения влияния температуры магнитного датчика на его чувствительность. В качестве чувствительного элемента использовался датчик Холла фирмы "Honeywell" серии SS94A2. Датчик имел аналоговый выход входного (выходного) тока, а также встроенный ограничитель выходного напряжения на уровне около 9 В. Поэтому выходное напряжение не превышало указанное значение, независимо от напряжения питания и индукции магнитного поля. Датчик выполнен в трехвыводном корпусе с керамическим основанием и шагом выводов 2.54 мм (0.1 дюйма). Магнитный зонд электрически изолирован от плазменного объема.
Конструкция магнитного зонда показана на рис.2.15. Датчик Холла 1 вклеен в паз латунного корпуса 2, охлаждаемого водой. Вода подается через медные трубки 3. Корпус размещен в кварцевой трубке 4 диаметром 15 мм и толщиной стенки 2,5 мм с зазором, обеспечивающим отсутствие теплового контакта. С одной стороны кварцевая трубка закрыта замазкой 5 (оксид циркония, жидкое стекло), с другой стороны в трубку запрессована фторопластовая пробка 6, через которую выводятся охлаждающие трубки и сигнальный кабель 7. Сигнальный кабель помещен в гибкий электростатический экран. На рисунке 2.16 (а) показана фотография магнитного зонда в сборе. На рисунке 2.16 (б) показаны элементы того же разобранного зонда.
Измерение распределения локальных параметров плазмы в прикатодной области разряда
Измерение конфигурации магнитных полей в разрядном промежутке магнетронной распылительной системы производились по методике описанной в главе 2. Измерения производились в магнетронных распылительных системах МРС №1 и МРС №2. Токи в катушках были направлены в противоположные стороны. Конфигурация магнитного поля над поверхностью катода менялась путем изменения соотношения числа ампервитков в основной 1ок(оок и компенсационной 1кксокк катушке (изменение параметра К см. выражение (3.1)).
Конфигурации магнитных полей и форма разряда в МРС №2 при различных параметрах А" показаны на рис.3.4-3.7.
Если направление токов в основной и компенсационной катушке противоположно, то магнитное поле имеет характерную конфигурацию (см. гл.4). На оси магнитной системы существует точка О (рис. 3.8.), в которой величина магнитного поля равна нулю. Через точку О и симметрично расположенные в плоскости катода точки А и Б можно провести линию которая разделит магнитные потоки выходящие из внешнего полюса магнитной системы. При этом весь магнитный поток находящийся внутри этой линии войдет в центральный полюс магнитной системы. Положение точек А, Б и О зависит только от соотношения числа ампервитков в основной и компенсационной катушках.
Когда увеличивался ток в основной катушке при неизменном токе в компенсационной катушке (параметр К растет), точка О отодвигается от катода по оси магнитной системы, а точки А и Б симметрично расходятся по поверхности катода. Уменьшение тока в основной катушке при неизменном токе в компенсационной катушке (параметр К снижается) приводит к обратному движению этих точек.
Когда увеличивался ток в компенсационной катушке при неизменном токе в основной катушке (параметр К снижается), точка О приближается к катоду по оси магнитной системы, а точки А и Б симметрично сходятся к центру магнитной системы по поверхности катода. Уменьшение тока в компенсационной катушке при неизменном токе в основной катушке (параметр врастет) приводит к обратному движению этих точек.
Изменение соотношения токов в электромагнитных катушках К при горении разряда показало, что: 1. Когда увеличивался ток в основной катушке при неизменном токе в компенсационной катушке, ток разряда возрастал. Зона свечения разряда и зона распыления, при этом увеличивалась в диаметре. И, наоборот, снижение тока в основной катушке при неизменном токе в компенсационной катушке приводит к уменьшению в размерах зоны свечения разряда и зоны распыления на катоде. 2. Когда увеличивался ток в компенсационной катушке при неизменном токе в основной катушке, ток разряда сначала возрастал, затем снижался. Зона свечения разряда и зона распыления уменьшались в диаметре. И, наоборот, снижение в компенсационной катушке при неизменном токе в основной катушке приводит к увеличению в размерах зоны свечения разряда и зоны распыления на катоде. Сравнение зоны распыления и положения кривой АОВ показало, что граница зоны распыления расположена вблизи места входа этой кривой в катод (точки А, В). Таким образом, изменение соотношения токов в электромагнитных катушках позволяет управлять положением зоны распыления катода. Увеличение параметра К приводит к увеличению диаметра зоны распыления, а снижение параметра К приводит к уменьшению диаметра зоны распыления. 3.2. Измерение распределения локальных параметров плазмы в прикатодной области разряда Измерение локальных параметров плазмы производилось по методике описанной в главе 2. Электрический зонд перемещался в прикатодной области -78 магнетронной распылительной системы в плоскости параллельной катоду и вдоль оси перпендикулярной плоскости катода. Параметры плазмы определялись в точках лежащих в плоскости перпендикулярной плоскости катода и проходящей через центр катода. Расстояние от поверхности катода до зонда составляли от 10 мм до 40 мм. Зонд располагался перпендикулярно линиям магнитной индукции В. Описание конструкции электрического зонда приведено в главе 2. Измерения проводились на магнетронной распылительной системе МРС №1. Давление аргона /7=0,08 Па. Напряжение разряда 420 В. Ток разряда 0,8 А. Индукция магнитного поля на поверхности катода 5=0,11 Тл. Материал катода медь. Положение точек, в которых определялись локальные параметры плазмы, показаны на рис.3,9. Типичная вольтамперная характеристика электрического зонда представлена на рис. 3.10а (график 1). При обработке В АХ строилась как средняя линия между пиками шумов. На рисунке 3.10а (график 2) показана зависимость электронного тока от потенциала зонда, полученная вычитанием ионного тока насыщения из полного тока зонда. На рис. 3.1 Об приведена зависимость электронного тока от потенциала зонда в полулогарифмическом масштабе.
Распределение магнитной индукции над поверхностью катода в зависимости от параметров электромагнита
Данные по сечению столкновений электрон-нейтрал взяты из источника [46]. Распределение электронов по энергии считалось максвелловским.
При использовании только одной электромагнитной катушки конфигурация магнитного поля над поверхностью мишени при увеличении тока в ней практически не меняется, пока магнитопровод не насыщен. Увеличивается только величина индукции магнитного поля (возрастает плотность силовых линий) (смотри гл.4). При увеличении тока в катушке линия поля В, для которой /?»40 отодвигается от катода (см. рис.3.23). Когда она касается анода, разряд гаснет. Увеличение рабочего давления приводит к снижению индукции магнитного поля В, необходимого для достижения параметра Холла /?«40, и линия поля В, для которой =40 отодвигается от анода в сторону катода. Разряд при этом загорается.
При использовании двух электромагнитных катушек конфигурация магнитного поля над поверхностью мишени зависит от направления токов и соотношения числа ампервитков в них (смотри п.3.1 и гл.4). Если увеличивать ток в обеих катушках, не меняя соотношения числа ампервитков в них, конфигурация магнитного поля над поверхностью мишени практически не меняется, пока магнитопровод не насыщен. Увеличивается только величина индукции магнитного поля (возрастает плотность силовых линий).
Если направление токов в обеих катушках совпадает, то при увеличении тока в компенсационной катушке линия поля В, для которой /?«40 отодвигается от катода. Когда эта линия касается анода, разряд гаснет. Увеличение рабочего давления приводит к снижению индукции магнитного поля В, необходимого для достижения параметра Холла /МО, и линия поля В, для которой /3=40 отодвигается от анода в сторону катода. Разряд при этом загорается.
Если направление токов в обеих катушках противоположно, то при увеличении тока в компенсационной катушке линия поля В, для которой /?«40 приближается к катоду (см. рис.3.24). При снижении рабочего давления линия поля В, для которой /$«40 отодвигается от катода в сторону анода. Разряд при этом гаснет. Увеличение тока в компенсационной катушке, при противоположно направленных токах в катушках, приводит к снижению рабочего давления, при котором возможно горение разряда.
Экспериментально было определено (см. п. 3.2) что, если направление токов в катушках противоположно, то магнитное поле имеет конфигурацию с характерными точками А, О и Б (рис. 3.8). Точка О лежит на оси магнитной системы и величина магнитного поля в ней равна нулю. Точки А и Б лежат в плоскости катода и через них и точку О можно провести линию которая разделит магнитные потоки выходящие из внешнего полюса магнитной системы. Положение точек А, Б и О зависит только от соотношения числа ампервитков в основной и компенсационной катушках. Можно обеспечить такое соотношение числа ампервитков в катушках К, что точки А и Б будут лежать п пределах катода. В окрестности точки О индукция магнитного поля близка к нулю. Поэтому внутри линии АОБ всегда находится линия поля В, на которой параметр Холла /?«40 (рис.3.24.). Если точки А и Б лежат в пределах катода, то увеличение тока в обеих катушках, при неизменном соотношении числа ампервитков в них, не приводит к касанию анода линии поля В с параметром Холла /?«40. Разряд при увеличении величины индукции магнитного поля на поверхности катода не гаснет как в предыдущих случаях. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что касание линией магнитного поля В с параметром Холла /?«30..90 приводит к гашению разряда. Это позволяет считать такую линию границей зоны разряда, внутри которой, в направлении катода, происходит ионизация. Изменение положения анода за пределами этой границы не меняет условий горения разряда. Перемещение анода за эту границу приводит к нарушению условий ионизации и гашению разряда. Будем называть эту границу внешней границей разряда.
Сравнение зоны распыления катода и места вхождения линии магнитного поля с параметром Холла /?»30...90 в катод, показало, что граница зоны распыления совпадает с местом вхождения этой линии в катод.
Все приведенной выше позволяет считать линию поля В с параметром Холла /?«30..90 внешней границей разряда в МРС.
Зависимость минимальной величины магнитного поля Bmin, отношения минимальной величины магнитного поля к рабочему давлению Bmir/p и параметр Холла для электронов соете на линии В, касание которой анода приводило к значительному изменению тока разряда, при различных давлениях и магнитных полях на поверхности катода Во приведены на рис.3,27-рис.3.30.
Для уточнения положения границы разряда в магнетронной распылительной системе МРС №2, снабженной двумя электромагнитными катушками производилось гашение разряда путем введения в него заземленного зонда с фиксацией линии магнитного поля В, при касании которой происходило снижение тока разряда более, чем на 10%. Схема эксперимента представлена на рис. 3.25. Зонд представлял собой прямоугольную пластину шириной 30 мм из нержавеющей стали. Ток в электромагнитных катушках протекал в противоположных направлениях. Эксперименты проводились при давлении рабочего газа аргона р=0,07...0,56 Па и индукции магнитного поля на поверхности катода В=0,056...0,085 Тл. Зависимость минимальной величины магнитного поля Bmim отношения минимальной величины магнитного поля Втіп к рабочему давлению Bmir/p и параметр Холла на линии В, касание которой анода приводило к значительному изменению тока разряда, при различных давлениях и магнитных полях на поверхности катода Во приведены на рис.З.ЗІ-рис.3.33.