● 摘要
在现代科学技术与工业生产的发展进程中，薄膜技术作为材料表面改性的一个分支在机械、电子、航天、航空等领域发挥着越来越重要的作用。磁控溅射技术是工业镀膜生产中最主要的技术之一。利用磁控溅射镀膜技术沉积薄膜，具有沉积过程温度低，沉积出来的膜层致密，沉积速率高等优点。 在工业生产中，靶材的利用率、沉积速率及薄膜厚度的均匀性等方面的问题一直倍受关注。解决这些问题的关键在于对磁控溅射系统进行优化设计。过去人们对靶系统的优化设计往往采用模仿国外靶结构的方法，而本论文则是通过在现有设备的基础上设计出优化磁场的方法来改进磁控溅射系统。溅射的效果直接关系到薄膜厚度的分布及薄膜的性能，研究溅射效果与磁控溅射设备结构的关系具有重要的实践和学术意义。本论文所作的具体研究及成果如下： （1）针对工业生产中，矩形靶面刻蚀不均匀造成靶材利用率低的问题，建立了靶结构的平面有限元模型，并采用有限元分析软件ANSYS对靶磁场进行模拟。系统地分析了靶结构及材料参数对靶面磁场均匀度，平行度的影响，并得到单靶最优化的磁场结构及相应的靶结构。 （2）利用4个优化的靶结构模型，在真空室内组成多靶闭合非平衡磁场。通过分析离子在闭合非平衡磁场中的运动，发现：真空室内由靶面伸向基体的非平衡磁场具有优化薄膜结构的功能，真空室边缘的闭合磁场可以捕捉和反弹电子。并分别采用加强非平衡靶外侧磁钢及在两个磁控靶间加入电磁靶的方法优化了闭合非平衡磁场的功能。 （3）通过对粒子溅射原理的分析和研究，建立了膜厚分布的数学模型，并利用Mathmatic，Matlab等数学软件对其进行模拟计算。通过分析不同靶基距下膜厚分布的均匀性及基体的可镀膜面积得出最佳靶基距。