Effect of Duty Cycle and Frequency on the Ion Current Density on Substrate and Ion/Atom Ratio in Magnetron Sputtering of Aluminum

Oskirko, V. O.; Solovyev, A. A.; Zakharov, A. N.; Semenov, V. A.; Pavlov, A. P.

doi:10.1109/efre47760.2020.9242064

Cited by 3 publications

(3 citation statements)

References 13 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…The maximum ion current density is observed at 5 µs and shorter pulses. As we note in the Introduction, this effect was observed earlier in [20,22,34,35]. Table 2 presents the main discharge parameters used in these works.…”

Section: Comparison Of Present and Previous Experimental Datasupporting

confidence: 53%

“…The pulse time reduction of the discharge current was accompanied by an increase in the pulse frequency and amplitude. According to [22], in HiPIMS, the highest average ion current density was 120% higher than in DCMS. This parameter increases with decreasing duty cycle and reaches the maximum at the optimum frequency.…”

Section: Comparison Of Present and Previous Experimental Datamentioning

confidence: 99%

“…The voltage drop in the inductance reduces with decreasing inductance L out , resulting in a higher rate of the peak current growth. Effort was devoted to making the inductance lower to gain the higher growth rate of the peak current than was obtained in our previous research [20,22], in which we used the power supply with L out ≈ 20 µH. The problem is solved through a larger number of output pulse formers incorporated in the power supply.…”

Section: Experimental Techniquesmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Ion current density on the substrate during short-pulse HiPIMS

Oskirko

Kozhevnikov

Работкин

et al. 2023

Plasma Sources Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

The probe method for the ion current density measurements and a theoretical calculations of the dynamics of neutral and charged plasma particles by ionization region model (IRM), are used to study high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) short and ultra-short pulse discharges. The paper studies reasons for the increase in the average ion current density on the substrate at shorter pulses, when the average discharge power does not change. HiPIMS pulses are applied to the copper target at constant values of the average discharge power (1000 W) and the peak current (150 А), respectively, while the pulse time of the discharge voltage ranges from 4 to 50 µs. A power supply with low output inductance is designed to generate ultra-short pulses. It is shown that the discharge pulse time reduction leads to a multiple growth (from 2 to 7 mA/cm2) in the average ion current density onto the substrate and the growth in the peak intensity of Ar+, Cu+ and Cu2+ recorded by optical emission spectroscopy. A theoretical model of this effect is based on the spatially averaged IRM, which takes into account afterglow effects. According to theoretical calculations, the increase in the average ion current density onto the substrate is determined by the plasma dissipation in the ionized region after the pulse end. Also, explained is the decrease in the copper deposition rate from 180 to 60 nm/min with decreasing pulse time from 40 to 4 µs. A comparison of the experimental data and those obtained earlier, shows that the suggested dependences of the ion current density and deposition rate on the HiPIMS pulse time, are typical for discharge systems with different cathode materials and configurations, i.e., for single- and dual-magnetron systems. This indicates to a common nature of the phenomena observed and additionally confirms the results obtained.

show abstract

Section: Comparison Of Present and Previous Experimental Datasupporting

confidence: 53%

Section: Comparison Of Present and Previous Experimental Datamentioning

confidence: 99%

Section: Experimental Techniquesmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Ion current density on the substrate during short-pulse HiPIMS

Oskirko

Kozhevnikov

Работкин

et al. 2023

Plasma Sources Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Поток энергии на подложку в процессе дуального магнетронного осаждения покрытий TiAlN

Гренадёров¹,

Zakharov²,

Oskirko³

et al. 2022

8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects

View full text Add to dashboard Cite

Представлены результаты измерения зависимости плотности потока энергии на подложку от частоты (коэффициента заполнения) импульсов в процессе нанесения покрытий TiAlN с помощью дуальной распылительной системы с металлическими Ti и Al катодами. Показано, что плотность потока энергии увеличивается на 20–30% при уменьшении коэффициента заполнения питающих импульсов с 40 до 6% при постоянной средней мощности разряда. Уменьшение коэффициента заполнения импульсов также приводит к уменьшению скорости роста покрытий. Два этих фактора определяют шестикратное увеличение удельной энергии, передаваемой покрытию в процессе нанесения. Таким образом, в работе показано, что регулировка коэффициента заполнения импульсов может выступать в качестве способа управления удельной энергии, сообщаемой покрытию, для получения нужных структуры и свойств.

show abstract

Магнетронное Распыление Меди Короткими Импульсами Высокой Мощности

Oskirko¹,

Zakharov²,

Работкин³

et al. 2022

8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects

View full text Add to dashboard Cite

Представлены результаты магнетронного распыления меди короткими (до 1–2 мкс) импульсами высокой мощности. Для получения коротких импульсов использовался специальный источник питания, обладающий высоким выходным напряжением (до 1500 В) и низким внутренним сопротивлением. Результаты экспериментов показали, что уменьшение длительности импульсов разрядного тока ведет к увеличению средней плотности ионного тока, протекающего на подложку. Максимальная плотность ионного тока наблюдается при длительности импульсов разрядного тока 2–6 мкс. Показано, что благодаря увеличению плотности ионного тока существенно возрастает отношение количества ионов к количеству атомов в потоке частиц, воздействующих на подложку.

show abstract

Effect of Duty Cycle and Frequency on the Ion Current Density on Substrate and Ion/Atom Ratio in Magnetron Sputtering of Aluminum

Cited by 3 publications

References 13 publications

Ion current density on the substrate during short-pulse HiPIMS

Ion current density on the substrate during short-pulse HiPIMS

Поток энергии на подложку в процессе дуального магнетронного осаждения покрытий TiAlN

Магнетронное Распыление Меди Короткими Импульсами Высокой Мощности

Contact Info

Product

Resources

About