Analysis and simulations of cold plasmas generated by Magnetron Sputtering

• Autor: Calderon Ipanaque, Noely Zully
• Formato: tesis doctoral
• Fecha de Publicación: 2024
• Institución: Pontificia Universidad Católica del Perú
• Repositorio: PUCP-Tesis
• Lenguaje: inglés
• OAI Identifier: oai:tesis.pucp.edu.pe:20.500.12404/33021
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.12404/33021
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Métodos de simulación; Plasma (Gases ionizados); Películas delgadas; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#1.03.00

Esta tesis doctoral investiga un análisis y simulaciones de plasma frío generado por la técnica de Magnetron Sputtering. Se realiza un estudio diagnóstico del plasma en el laboratorio MatER PUCP utilizando una combinación de Método de Elementos Finitos (FEM), Función de Probabilidad de Energía Electrónica (EEPF), sonda de Langmuir y Espectroscopía de Emisión Óptica (OES). La investigación implica variaciones en la potencia de radiofrecuencia (RF) desde 20 W hasta 90 W, con cambios en la presión desde 6:00 103 mbar hasta 9:00 102 mbar. Notablemente, los datos muestran cambios en este rango de parámetros. Este trabajo explica los parámetros del plasma para cada técnica. Los resultados del FEM muestran que los valores máximos de densidad de iones y electrones son 1:24 1016 m3, y la temperatura electrónica es 4:09 eV a 90 W con 1:00 102 mbar. Los resultados de la sonda de Langmuir muestran 1:17 1016 m3 para la densidad de electrones, 1:67 1016 m3 para la densidad de iones, y Te de 2:72 eV. Los resultados de EEPF muestran 1:17 1016 m3 y Te de 3:42 eV. OES demostró valores de Te de 2:99 eV obtenidos con el target de Al. Los resultados con variaciones de presión muestran que para RF magnetron sputtering del laboratorio de MatER PUCP puede lograr estabilidad del plasma desde 7:00 103 mbar hasta 5:00 102 mbar. Un aspecto crucial de este estudio es la correlación de los parámetros del plasma con las variaciones de potencia y presión para targets de Ti, Al y C. Los resultados con rman la reproducibilidad de los datos y proporcionan una comprensión de los mecanismos que in uyen en el comportamiento del plasma. Este conocimiento es indispensable para lograr un control preciso sobre el proceso de deposición en el sistema de sputtering del laboratorio. La importancia práctica de esta investigación se extiende más allá de los límites del laboratorio. La comprensión adquirida de los parámetros del plasma es una base para reproducir películas delgadas con propiedades idénticas en diferentes sistemas de sputtering. Al documentar de manera detallada las características del plasma, este trabajo facilita la transferencia de conocimientos a otros sistemas de sputtering, facilitando el proceso de obtención de películas con propiedades deseadas. Esta tesis avanza en el diagnóstico del plasma y sienta las bases para una deposici ón de películas delgadas controlada. Los conocimientos adquiridos profundizan nuestra comprensión del comportamiento del plasma y tienen implicaciones para mejorar la reproducibilidad de películas delgadas en diversos entornos de sputtering.