Мишени

Мишени — это материалы, используемые в процессах физического осаждения из газовой фазы (PVD), таких как магнетронное распыление или термическое испарение, для нанесения тонких функциональных покрытий на различные подложки. Мишени - основные расходные материалы в технологиях физического осаждения из газовой фазы (PVD), включая магнетронное распыление, ионно-лучевое напыление и термическое испарение. От их качества напрямую зависят однородность, адгезия, электрические и оптические свойства получаемых тонких плёнок.

Основные типы мишеней

Металлические мишени

Изготавливаются из чистых высокочистых (99,95–99,999 %) тугоплавких и цветных металлов. Наиболее востребованные материалы: молибден (Mo), вольфрам (W), ниобий (Nb), тантал (Та), ванадий (V), титан (Ti), медь (Cu), кобальт (Co), цирконий (Zr).

Сплавные мишени

Производятся для получения покрытий с заданными электрическими, магнитными или оптическими свойствами. Наиболее востребованные:

на основе никеля: NiCr, NiV, NiFe (для резистивных и магнитных слоёв);
на основе кобальта: CoFe, CoCrTa, CoTaZr, CoFeTaZr (в магнитных носителях информации);
на основе оксидов цинка и алюминия: AZO (ZnO, легированный алюминием) - прозрачный проводящий оксид для солнечных батарей и дисплеев.

Керамические мишени

Изготавливаются из высокочистых оксидов методами порошковой металлургии и спекания. Применяются для нанесения диэлектрических, полупроводниковых и функциональных оптических покрытий. Наиболее востребованные: оксид цинка (ZnO), диоксид ванадия (VO₂) — материал с эффектом «металл-диэлектрик», оксид гафния (HfO₂) используется в микроэлектронике в качестве диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, оксид алюминия (Al₂O₃) — для износостойких и барьерных покрытий.

Материалы для термического испарения

Помимо плоских и цилиндрических мишеней для магнетронного распыления, в вакуумных системах используются материалы в виде: гранул, проволоки, пластин. Они используются в методах резистивного и электронно-лучевого испарения для нанесения металлических и полупроводниковых слоёв.

ПОДРОБНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МИШЕНЕЙ

Металлические мишени

Металлические мишени — высокочистые заготовки из металлов или сплавов, которые используются в процессах физического осаждения из газовой фазы (PVD), в первую очередь магнетронного распыления, для нанесения тонких функциональных плёнок на подложки (стекло, кремний, полимеры и т. д.).

1. Перечень основных металлических мишеней

ГРУППА	МЕТАЛЛ	ОСОБЕННОСТИ
Тугоплавкие	вольфрам (W)	t_пл = 3422 °C, высокая плотность, радиационная стойкость
	молибден (Mo)	t_пл = 2623 °C, низкий коэффициент теплового расширения
	тантал (Ta)	t_пл = 3017 °C, коррозионная стойкость, барьерные свойства
	ниобий (Nb)	t_пл = 2477 °C, сверхпроводящие свойства
	ванадий (V)	t_пл = 1910 °C, используется в сплавах и покрытиях из оксида ванадия
Легкоплавкие / цветные	медь (Cu)	высокая электропроводность, межсоединения
	алюминий (Al)	отражающие слои, металлизация (менее актуальна из-за электромиграции)
	серебро (Ag)	высокая отражательная способность в ИК- и видимом диапазонах
	золото (Au)	биосенсоры, коррозионностойкие контакты
Реактивные	титан (Ti)	адгезионные слои, TiN-барьеры
	цирконий (Zr)	поглотитель газов, барьерные покрытия
	хром (Cr)	адгезия, маски для фотолитографии
Магнитные	кобальт (Co)	жёсткие диски, спинтроника
Магнитные	никель (Ni)	резистивные и магнитные слои

2. Сферы применения

МЕТАЛЛ	ПРОМЫШЛЕННОСТЬ	ПРИМЕНЕНИЕ
W, Mo	Солнечная энергетика	Задний контакт в CIGS-модулях
W, Mo	Микроэлектроника	Металлизация, шунты, барьеры
W, Mo	Аэрокосмос	Термостойкие покрытия, компоненты двигателей
Ta, Ti	Полупроводниковая промышленность	Диффузионные барьеры (Ta/TaN, Ti/TiN) между Cu и SiO₂
Cu	Микроэлектроника	Межсоединения (вместо Al с 180 нм техпроцесса)
Ag, Al	Оптика	Зеркала, отражающие покрытия
Co, Ni	Хранение данных	Магнитные слои в HDD
Zr, V	Научные исследования	Поглотители водорода, VO₂-переключатели

3. Требования к качеству

3.1. Чистота

Общепромышленное применение: ≥99,95% (3N5);
Микроэлектроника, оптоэлектроника: ≥99,99 % (4N), часто — ≥99,999 % (5N);
Критически важные примеси (в зависимости от области применения):

Fe, Ni, Cr — <10 ppm (для Cu в чипах),
Na, K — <1 ppm (для оптики),
C, O, N — контролируются отдельно (влияют на структуру плёнки).

3.2. Плотность

Минимальная: ≥98 % от теоретической плотности;
Примеры теоретической плотности:

W: 19,25 г/см³ → требуемая плотность ≥18,8 г/см³,
Mo: 10,22 г/см³ → ≥10,0 г/см³,
Cu: 8,96 г/см³ → ≥8,8 г/см³;

Низкая плотность → повышенное газовыделение, аркинг, нестабильное распыление.

3.3. Микроструктура

Мелкозернистая, равномерная структура
Размер зерна:

Для Mo, W — 10–50 мкм
Для меди — 50–200 мкм (в зависимости от способа обработки)

Недопустимы: трещины, поры >50 мкм, неметаллические включения

3.4. Геометрические параметры

ПАРАМЕТР	ТРЕБОВАНИЕ
Толщина	3–10 мм (плоские), 4–12 мм (цилиндрические)
Диаметр	100–914 мм (стандартные), до 1200 мм (по спецзаказу)
Плоскостность	≤0,1 мм на 100 мм длины (для плоских мишеней)
Шероховатость поверхности	Ra ≤ 1,6 мкм (рабочая сторона)
Допуск на диаметр	±0,5 мм
Углы, фаски	По чертежу заказчика

Примечание: В целях демонстрации показана только часть документа. Полная версия включает все разделы о металлических, сплавных, керамических мишенях и материалах для термического испарения с соответствующими таблицами, требованиями к качеству, стандартами и областями применения.