Plasmacharakterisierung eines Stabmagnetron

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Plasmacharakteristik eines Stabmagnetron. Es sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die zeigen ob eine Miniaturisierung der Kathode möglich und sinnvoll ist.<br />Ein wichtiger Teilbereich dieser Untersuchungen ist die Berechnung der auftretenden Magnetfelder mittels Finiter Element Methoden. Zum Einsatz kommen die Software FEMM und ANSYS. Das einfach auszuführende Programm FEMM findet seine Verwendung in 2D Simulationen, die zeigen, welchen Einfluss unterschiedliche Substrate auf das Magnetfeld ausüben. Das 3D Programm ANSYS dient zur Berechnung komplizierter Magnetanordnungen und der Simulation eines gesamten Magnetron. Spannungsmessungen geben Auskunft über die Zündung einer Magnetronentladung in Abhängigkeit des Drucks. Ausgehend von diesen Messungen und den simulierten Magnetfeldstärken kann eine empirische Zündbedingung abgeleitet werden, wonach eine Magnetronentladung auch für verkleinerte Abmessungen möglich ist. Unter Verwendung weiterer FEMM Simulationen kann eine optimale Geometrie für die Miniaturisierung ermittelt werden, die zur Konstruktion einer neuen verkleinerten Kathode mit einem um 20 mm reduzierten Außendurchmesser führt. Den Abschluss der Arbeit bilden neuerliche Zündspannungsmessungen am miniaturisierten System und die Bestimmung der Dicken der mit der verkleinerten Anordnung abgeschiedenen Schichten.<br />

The aim of this master thesis is to analyse the plasmacharacteristics of a post magnetron and to find a miniaturised geometry of the post cathode. An essential issue for the design of the miniaturised cathode is the magnetic field of the magnetron. The fields of the existing cathode and of several possible miniaturised magnetrons were calculated with the finite element methode using the software FEMM and ANSYS. Measuring the voltage under variation of preassure gives information on the magnetron discharge. A combination of these measurements and the simulated magnetic fields allows to formulate an empiric discharge condition, which can be used to predict the optimum design of the miniaturised cathode. Further simulations were done to obtain an optimal ratio between magnetic field strength and cathode diameter. These data were used to construct a miniaturised cathode, which was able to ignite a magnetron discharge. The miniaturised post magnetron was characterised by the measurement of the discharge voltage and current as well as by measurements of the thickness of the deposited thin films.