20
Hình 2.6: Nguyên lý của quá trình hình thành màng mỏng bằng phún xạ catot.
Năng lượng của các ion tới được chia thành hai phần cơ bản: Một phần để phân cắt các liên kết trên bề mặt bia vật liệu tạo ra các nguyên tử và phân tử riêng rẽ, phần còn lại truyền động năng cho các phân tử này tán xạ ngược và lắng đọng lên đế. Năng lượng của các ion tới phụ thuộc vào điện trường, hay cụ thể hơn là thế đặt vào giữa hai điện cực. Năng lượng liên kết của bia vật liệu chủ yếu phụ thuộc vào bản chất hóa học và trạng thái tồn tại của nó. Mối tương quan giữa hai đại lượng này có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả lắng đọng. Như vậy có thể nói, không tồn tại một bộ tham số thực nghiệm có thể áp dụng cho mọi quá trình chế tạo màng vật liệu khác nhau.
Các thiết bị phún xạ đều là phún xạ catot vì quá trình phún xạ xảy trên bia vật liệu gắn lên cực âm. Các thiết bị khác nhau chủ yếu liên quan đến nguồn cấp cho điện cực để duy trì dòng plasma trong quá trình phún xạ: Nguồn một chiều – DC (DC-Sputtering), nguồn cao tần – RF (RF-Sputtering) và có sự trợ giúp của từ trường (Magnetron) để tăng cường mật độ dòng plasma trên bề mặt bia vật liệu (Magnetron-Sputtering).
Quá trình phún xạ các lớp màng vật liệu được thực hiện nhờ vào thiết bị phún xạ catot ATC-2000FC. Cấu tạo của thiết bị phún xạ gồm các bộ phận chính là: Buồng phún xạ (main chamber), buồng đệm (load lock), bảng điều
21
khiển, hệ thống van bơm, hút chân không. Thiết bị này còn được ghép nối với hệ thống máy tính để điều khiển các thông số trong quá trình lắng đọng tạo màng.
Hình 2.7: Thiết bị phún xạ catot.
Chân không của buồng chính có thể đạt đến 10-8Torr, buồng phụ là 10-7 Torr. Nhờ có buồng phụ mà chân không trong buồng chính luôn được giữ ổn định trong quá trình phún xạ. Chính vì vậy, sự ổn định về tính chất của các mẫu luôn được đảm bảo ở các chế độ khác nhau. Bên cạnh đó, chân không cao trong cả buồng chính đạt được trong thời gian ngắn nhờ vào hệ thống bơm sơ cấp và thứ cấp hiệu suất cao hạn chế nhiều khả năng nhiễm bẩn buồng phún xạ.
Buồng chân không đệm (buồng phụ) là buồng trung gian được sử dụng để vận chuyển mẫu vào và ra từ buồng chân không chính. Hai buồng chính và buồng phụ được ngăn cách nhau bởi một vách ngăn. Trong quá trình chế tạo mẫu, đế được đưa vào buồng phụ trước sau đó buồng phụ được hút chân không đến khi áp suất chênh lệch khoảng 2 bậc (5x10-5
Torr) so với buồng chính thì hệ thống vách ngăn mới được mở và mẫu được đưa vào buồng chính.
Bia được sử dụng trong khóa luận bao gồm vật liệu Cu, Ta và NiFe hình tròn chiều dày từ 3-6mm và có đường kính 2inch. Màng vật liệu từ NiFe được được chế tạo sử dụng nguồn RF còn các màng vật liệu phi từ Cu và Ta được chế tạo sử dụng nguồn DC.
22