Self-consistent particle simulation of axisymmetrical magnetron discharge

Abstract

The structure of axisymmetrical direct current planar magnetron discharge is clarified by the use of the Particle-in-Cell/Monte Carlo method. The magnetron has two concentric cylindrical magnets behind the cathode. Here the effects of the magnetization M in the magnets and the emission coefficient of secondary electrons gamma on the discharge structure have been examined. Spatial distribution of electric field and number densities of charged particles are shown for three cases, (a) M = 0.50 T, gamma = 0.12, (b) M = 0.75 T, gamma = 0.12, (c) M = 0.50 T, gamma = 0.15. It is found that the axial component of electric field varies greatly in the radial direction in the cathode sheath. The plasma density profile shows a peak. As M or gamma increases, the sheath thickness decreases and the position of the peak comes nearer to the sheath edge.

軸対称直流プレーナマグネトロン放電の構造をセル中の粒子/モンテカルロ法を用いて明らかにした。マグネトロンは陰極の背後に2個の同心円筒磁石がある。放電構造に及ぼす磁石の磁化M、および2次電子の放出係数γの効果を調べた。電場空間分布および荷電粒子の数密度を、(a)M=0.50T、γ=0.12、(b)M=0.75T、γ=0.12、(c)M=0.50T、γ=0.15の3例について示した。電場の軸成分は陰極シースの半径方向により大きく変化することが分かった。プラズマ密度分布はピークを示した。Mあるいはγの増加に伴いシース厚さは減少し、ピークの位置はシース端に近付いてくる。