bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-3-17-25bsuir-3642Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSМодель процесса реактивного магнетронного распыления двухкомпонентной составной мишениModel of Reactive Magnetron Sputtering of a Two-Component Composite TargetДоанХ. Т.DoanH. T.

Доан Х. Т., аспирант

Минск

Doan H. T., Postgraduate

Minsk

ГолосовД. А.GolosovD. A.

Голосов Дмитрий Анатольевич, к. т. н., доцент, ведущий научный сотрудник центра электронных технологий и технической диагностики технологических сред и твердотельных структур (Центр 2.1) научно-исследовательской части

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-80-79; E-mail: dmgolosov@mail.ru

Golosov Dmitriy Anatol’evich, Cand. of Sci., Associate Professor, Senior Researcher at the Center of Electronic Technologies andTechnical Diagnosis of Technological Media and Solid State Structures (Center 2.1) of R&D Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-80-79; E-mail: dmgolosov@mail.ru

dmgolosov@mail.ruДжангДж.ZhangJin

Джанг Дж., к. т. н., научный сотрудник ведущей лаборатории провинции Шэньси в области технологии тонких пленок и оптических исследований

Сиань

Jin Zhang, Cand. of Sci., Researcher at the Shaanxi Province Key Laboratory of Thin Films Technology and Optical Test

Xi’an

ЗавадскийС. М.ZavadskiS. M.

Завадский С. М., к. т. н., доцент, начальник Центра 2.1 научно-исследовательской части

Минск

Zavadski S. M., Cand. of Sci., Associate Professor, Head of the Center 2.1 of R&D Department

Minsk

МельниковС. Н.MelnikovS. N.

Мельников С. Н., к. т. н., ведущий научный сотрудник Центра 2.1 научно-исследовательской части

Минск

Melnikov S. N., Cand. of Sci., Senior Researcher at the Center 2.1 of R&D Department

Minsk

НгуенТ. Д.NguyenT. D.

Нгуен Т. Д., к. т. н., преподаватель

Ханой

Nguyen T. D., Cand. of Sci., Lecture

Hanoi

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsСианьский политехнический университетXi’an Polytechnic UniversityВьетнамский государственный технический университет имени Ле Куй ДонаLe Quy Don Technical University2023210620232131725Copyright © Доан Х.Т., Голосов Д.А., Джанг Д., Завадский С.М., Мельников С.Н., Нгуен Т.Д., 20232023Доан Х.Т., Голосов Д.А., Джанг Д., Завадский С.М., Мельников С.Н., Нгуен Т.Д.Doan H.T., Golosov D.A., Zhang J., Zavadski S.M., Melnikov S.N., Nguyen T.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3642

В статье предложена модель для прогнозирования содержания металлических составляющих пленок сложных оксидов, наносимых методом реактивного магнетронного распыления двухкомпонентной составной мишени в среде Ar/O2 рабочих газов. В модели учитывались коэффициенты распыления и ионно-электронной эмиссии распыляемых металлов и их оксидов, распределение плотности ионного тока на мишени и скорости химической реакции образования оксидов этих металлов. Для верификации предложенной модели проведены исследования элементного состава пленок оксида титана-алюминия, нанесенных магнетронным распылением Ti-Al составной мишени в среде Ar и Ar/O2 рабочих газов. Установлено, что модель адекватно описывает изменение содержания металлов в нанесенных пленках при изменении потока кислорода в камеру. Погрешность моделирования – не более 10 %, что позволяет применять модель для прогнозирования содержания металлов в пленке при реактивном распылении двухкомпонентных составных мишеней.

The article proposes a model for predicting the content of metal components of complex oxide films deposited by reactive magnetron sputtering of a two-component composite target in Ar/O2 gas mixture. The model takes into account the sputtering yield and ion-electron emission coefficients of the sputtered metals and their oxides, the distribution of the ion current density on the target, and the rate of the chemical reaction of the formation of oxides of these metals. To verify the proposed model, studies of the elemental composition of titanium-aluminum oxide films deposited by magnetron sputtering of a Ti-Al composite target in Ar and Ar/O2 gas mixture were carried out. It has been established that the model adequately describes the change in the content of metals in the deposited films with a change in the oxygen flow into the chamber. The simulation error does not exceed 10 %, this makes it possible to use the proposed model for predicting the content of metals in a film during reactive sputtering of two-component composite targets.

реактивное магнетронное распылениесоставная мишеньтонкие пленкиэлементный составмодель реактивного распыленияоксид титана-алюминияreactive magnetron sputteringcomposite targetthin filmselemental compositionreactive sputtering modeltitanium-aluminum oxideИсследования выполнены в рамках совместных научных проектов № T22КИТГ-023 (2022YFE0123400) и № T22КИТГ-027 (2022YFE0122900) при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Министерства науки и технологии Китайской Народной Республики.The research was carried out within the framework of joint scientific projects No T22KITG-023 (2022YFE0123400) and No T22KITG-027 (2022YFE0122900) with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Basic Research and the Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of ChinaReferencesRobertson J., Wallace R. M. (2015) High-K Materials and Metal Gates for CMOS Applications. Materials Science and Engineering R. (88), 1–41. DOI: 10.1016/j.mser.2014.11.001.Robertson J., Wallace R. M. (2015) High-K Materials and Metal Gates for CMOS Applications. Materials Science and Engineering R. (88), 1–41. DOI: 10.1016/j.mser.2014.11.001.Madhuri K. V. (2014) Transition Metal Oxides and their Composite Thin Films. Advanced Research in Engineering Sciences “ARES” Journal. 2 (3), 2–13.Madhuri K. V. (2014) Transition Metal Oxides and their Composite Thin Films. Advanced Research in Engineering Sciences “ARES” Journal. 2 (3), 2–13.Nakano J., Miyazaki H., Kimura T., Goto T., Zhang S. (2004) Thermal Conductivity of Yttria-Stabilized Zirconia Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering. J. Ceram. Soc. of Jap. 112, S908–S911. DOI: 10.14852/jcersjsuppl.112.0.S908.0.Nakano J., Miyazaki H., Kimura T., Goto T., Zhang S. (2004) Thermal Conductivity of Yttria-Stabilized Zirconia Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering. J. Ceram. Soc. of Jap. 112, S908–S911. DOI: 10.14852/jcersjsuppl.112.0.S908.0.Golosov D. A., Melnikov S. N., Dostanko A. P. (2012) Calculation of the Elemental Composition of Thin Films Deposited by Magnetron Sputtering of Mosaic Targets. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 48 (1), 52–59.Golosov D. A., Melnikov S. N., Dostanko A. P. (2012) Calculation of the Elemental Composition of Thin Films Deposited by Magnetron Sputtering of Mosaic Targets. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 48 (1), 52–59.Depla D., Mahieu S. (ed.) (2008) Reactive Sputter Deposition. Springer Publ.Depla D., Mahieu S. (ed.) (2008) Reactive Sputter Deposition. Springer Publ.Berg S., Blom H. O., Larsson T., Nender C. (1987) Modeling of Reactive Sputtering of Compound Materials. J. Vac. Sci. Technol. A. 5 (2), 202–207. DOI: 10.1116/1.574104.Berg S., Blom H. O., Larsson T., Nender C. (1987) Modeling of Reactive Sputtering of Compound Materials. J. Vac. Sci. Technol. A. 5 (2), 202–207. DOI: 10.1116/1.574104.Barankova H., Berg S., Nender C., Carlsson P. (1995) Hysteresis Effects in the Sputtering Process Using Two Reactive Gases. Thin Solid Films.260 (2), 181–186. DOI: 10.1016/0040-6090(94)06501-2.Barankova H., Berg S., Nender C., Carlsson P. (1995) Hysteresis Effects in the Sputtering Process Using Two Reactive Gases. Thin Solid Films.260 (2), 181–186. DOI: 10.1016/0040-6090(94)06501-2.Dreer S., Krismer R., Wilhartitz P. (1999) Multidimensional Optimisation of Process Parameters by Experimental Design for the Deposition of Aluminium and Silicon Oxynitride Films with Predictable Composition. Surface and Coatings Technology. 114 (1), 29–38. DOI: 10.1016/S0257-8972(99)00017-1.Dreer S., Krismer R., Wilhartitz P. (1999) Multidimensional Optimisation of Process Parameters by Experimental Design for the Deposition of Aluminium and Silicon Oxynitride Films with Predictable Composition. Surface and Coatings Technology. 114 (1), 29–38. DOI: 10.1016/S0257-8972(99)00017-1.Moradi M., Nender C., Berg S., Blom H. O., Belkind A., Orban Z. (1991) Modeling of Multicomponent Reactive Sputtering. J. Vac. Sci. Technol. A. 9 (3), 619–624. DOI: 10.1116/1.577376.Moradi M., Nender C., Berg S., Blom H. O., Belkind A., Orban Z. (1991) Modeling of Multicomponent Reactive Sputtering. J. Vac. Sci. Technol. A. 9 (3), 619–624. DOI: 10.1116/1.577376.Martin N., Rousselot C. (1999) Modelling of Reactive Sputtering Processes Involving Two Separated Metallic Targets. Surface and Coatings Technology. 114 (2–3), 235–249. DOI: 10.1016/S0257-8972(99)00051-1.Martin N., Rousselot C. (1999) Modelling of Reactive Sputtering Processes Involving Two Separated Metallic Targets. Surface and Coatings Technology. 114 (2–3), 235–249. DOI: 10.1016/S0257-8972(99)00051-1.Laegreid N., Wehner G. K. (1961) Sputtering Yields of Metals for Ar+ and Ne+ Ions with Energies from 50 to 600 eV. J. Appl. Phys. 32 (3), 365–369. DOI: 10.1063/1.1736012.Laegreid N., Wehner G. K. (1961) Sputtering Yields of Metals for Ar+ and Ne+ Ions with Energies from 50 to 600 eV. J. Appl. Phys. 32 (3), 365–369. DOI: 10.1063/1.1736012.Goeckner M. J., Goree J. A., Sheridan T. E. (1991) Monte Carlo Simulation of Ions in a Magnetron Plasma. IEEE Trans. Plasma. Sci. 19 (2), 301–308. DOI: 10.1109/27.106828.Goeckner M. J., Goree J. A., Sheridan T. E. (1991) Monte Carlo Simulation of Ions in a Magnetron Plasma. IEEE Trans. Plasma. Sci. 19 (2), 301–308. DOI: 10.1109/27.106828.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.