În prima parte a raportului a fost precizat faptul că au fost luate în considerare două sisteme pentru producerea câmpului magnetic suplimentar, amândouă generate de sisteme de bobine. Diferența constă în modul lor de amplasare, în exteriorul sau în interiorul incintei tehnologice. În această primă fază a fost studiat sistemul în care bobinele sunt plasate în exteriorul incintei și câmpul magnetic este static sau lent variabil.
În capitolele anterioare au fost puse în evidență efectele câmpului magnetic generat de o singură bobină plasată în regiunea catodului descărcării. În cele ce urmerază sunt prezentate și alte configurații de câmp magnetic generat de un sistem de bobine montate în exteriorul incintei tehnologice. În principiu, sistemul studiat a fost prezentat la capitolul dedicat instalațiilor experimentale și constă din cele două bobine plasate coaxial, una în regiune catodului (Bj ) și cea de a doua în regiunea substratului (Bs). Din figurile 8 și 9, în care sunt figurate cele două bobine, se poate costata că, sistemul adoptat, perimte o bună flexibilitate în generarea unor configurații variate de câmp magnetic cunoscute în lietratura de specialitate ca fiind de tip: capcană magnetică, respectiv șea (sau cusp) [30]. Sistemul permite de asemenea acțiuni separate ale bobinelor, numai în regiunea catodului (rezultate prezentate deja) sau numai în regiunea substratului și alte variante a unor configurații ce pot produce câmpuri magnetice neuniforme și parțial nestaționare.
În cele ce urmeză sunt prezentate rezultatele reprezentative obținute în ideea de a obține un grad de ionizare cât mai mare al plasmei descărcării magnetron care să conducă la un flux cât mai mare de ioni ai atomilor pulverizați din țintă în condițiile unei distribuții cât mai uniforme a fluxului de particule care urmează să condenseze pe substrat. Având informații despre rolul câmpului magnetic suplimentar creat de bobina Bj din vecinătatea catodului, în cele ce urmează se va urmări clarificarea modului în care, câmpul magnetic produs de bobina Bs, din regiuna substratului, acționază asupra cinetii și dinamicii particulelor plasmei și se vor căuta condițiile în care acțiunea acestui câmp magnetc poate fi opimizată în sensul celor precizate anterior, la care să se adauge și calitatea straturilor depuse. În experimentele care vor fi prezentate bobina Bj este ținută într-o poziție fixă, coplanar cu suprafeței țintei, și este străbătută de un curent, în sensul stabilit și prezentat anterior, care asigură optimizarea sistemului de pulverizare. Ca variabile de sistem, în producerea câmpului magnetic suplimentar, vor fi considerate următoarele mărimi: poziția bobinei Bs, intensitățile curenților care străbat cele două bobine și sensul curentului prin bobina Bs. Pentru simplitatea exprimării se adoptă denumirea de sistem „capcană magnetică” pentru cazul când curenții prin cele două bobine au același sens (bobinajele fiind de asemenea în aceași sens), respectiv denumirea de sistem „șea sau cusp” pentru cazul când sensul curentului prin bobina Bs este invers față de cel prin bobina Bj.
Un prim rezultat, care evidențiază acțiunea globală a câmpului magnetic creat și de bobina Bs (100 Gauss) într-un sistem capcană magnetcă, este prezentat în figura 20 în care sunt reprezentate evoluțiile temporale ale intensității curentului de descărcare în impuls (fig.20a) și respectiv ale tensiunii pe descărcare (fig.20b) pentru cazul când, în regiunea catodului există câmpul magnetic suplimentar creat de bobina Bj (150 Gauss). Aceste rezultate sunt prezentate comparativ cu situația în care nu este prezent câmpul magnetic exterior. Se constată, ca un prim efect al câmpului magnetic creat de bobina Bs, o creștere a intensității maxime a curentului de descărcare de peste 50 % față de creșterea de circa 35% determinată de prezența numai a câmpului magnetic creat de bobina Bj, așa cum este arătat în figura 12.
 |
 |
| a) | b) |
Fig.20 Evoluțiile temporale ale (a) intensității curentului de descărcare și respectiv (b) ale tensiunii pe catod pentru o descărcare în impuls de 50 μs la o presiune a aronului de 10 mTorr, țintă din cupru.
Un rezultat edificator, asupra rolului jucat de câmpul magentic suplimantar Bj =150 Gauss și respectiv câmpul magnetic creat de cea de a doua bobină din sistem Bs =100 Gauss, este
prezentat în figura 21. În acestă figura sunt reprezentate evoluțiile temporale ale densităților intensităților curenților ionici culeși de structura celor 8 electrozi concentrici, așezați coplanar în regiunea substratului, pentru o presiune a gazului de 10 mTorr și o durată a pulsului de putere de 50 μs. Față de rezultatul obținut în prezența câmpului magnetic suplimentar numai în regiunea catodului, așa cum este prezentat în figura 13, de data aceasta se obține o creștere seminificativă a intensității curentului ionic corespunzătoare celui de al doilea maxim, lucru care indică o creștere accentuată gradului de recuperare a ionilor și implicit a particulelor pulverizate din catod și ionizate în sistem.
 |
 |
| Fig.21 Evoluțiiel temporale ale intensităților curenților ionici măsurați la nivelul substrrtului cu sistemul prezentat în Fig.8 | Fig. 22 Densitatea de ioni care ajung în diferite regiuni la nivelul substratului calculată din curbele prezentate în fig.21 |
Mai mult, calculul integralei de sub curbele prezentate în figura 21, care arată cantitatea totală a ionilor care ajung, pe durata unui puls, pe unitatea de suprafață la nivelul substratului crește odată cu prezența câmpului magnetic extern. Factorul de creștere este 2 la presiuni mari de 20 mTorr și de peste 5 la presiuni mici (10 mTorr) (Fig.22). Totodată, distribuția densității particulelor care ajung la substrat este mai uniformă în prezența lui Bs decât în absența lui (vezi fig.15). O imagine sugestivă se obține prin fotografiere cu expunere pe toată durata pulsului de tensiune sau, cu tehnica ulrarapidă, pe ferestre de timp de ordinul a 5 μs, se pot obține informații calitatative asupra modului în care se modifică cinetica și dinamica particulelor din plasmă funcție de prezența sau absența câmpului magntic suplimentar.
În completarea informației prezentate în imaginile din figura 11, în figura 23 sunt arătate imginile unei descărcări în curent continuu obținută în absența acțiunii unui câmp magnetic suplimantar (fig. 23 a), respectiv în prezența câmpului magnetic suplimentar creat de sistemul de bobine Bj=300 Gauss și bobina Bs=100 Gauss. Este evident faptul că cele două bobine crează un câmp magnetic extern care, conform celor prezentate în prima parte a raportului, pot modifica în primul rând cinetica electronilor care, la rândul lor, vor modifica distribuția în volum a proceselor de ionizare atât a atomilor de argon cât și a atomilor pulverizați din țintă.
 |
 |
| a) | b) |
Fig. 23. Imaginea fotografică a unei descărcării magnetron în curent continuu cu o intensitate de 150 mA, p= 10 mTorr și țintă din wolfram.
Rezultate similare se obțin și în cazul descărcărilor magnetron în impulsuri de putere. Descărcărcările au fost produse în argon la o presiune de 10 mTorr, cu țintă din wolfram și pulsuri cu o durată de 20 μs, și intensități maxime de 29 A. Imaginea din figura 24a a fost obținută pentru o descărcare produsă în absența câmpului extern suplimantar, în timp ce imaginea din figura 24b, reprezintă descărcarea produsă în prezența câmpului magnetic creat de sistemul format de cele două bobine. Acestea produc câmpuri magnetice cu inducții ca și în cazul descărcării precedente, operată în regim de curent continuu. De data aceasta imaginea obținută arată o intensitate mai mică a radiației emise de descărcare. Acest lucru se datorează duratei foarte scurte a pulsului de tensiue și a duratei relativ mari de expunere în cazul descărcarii în curent continuu. Rezultate detaliate au fost obținute folosind tehnica fotografierii ultrarapide. Această tehnică a permis realizarea unor filme în care se poate urmări dinamica întregii descărcări pe durata pulsului de tensiune și a modului în care câmpul magnetic extern modifică dinamica particulelor plasmei.
 |
 |
| a) | b) |
Fig. 24. Imaginea fotografică a unei descărcări magnetron în regim pulsat p= 10 mTorr, țintă din wolfram în prezența câmpului magnetic extern Bj=300 Gauss, Bs= 100 Gauss.