A detailed experimental study of high power impulse magnetron sputtering discharges is performed using time-resolved ground state density mapping of the sputtered neutrals and ions. This Paper deals with the effects related to the plasma-on phase and can be considered as an extension of Paper I being published simultaneously. The influence of plasma pulse duration, pulse energy, gas pressure as well as molecular oxygen admixture on the spatial and temporal particle density evolution is examined. Special attention is given to the temporal evolution of the ionization fraction distribution of the sputtered atoms. In addition, the 2D vector maps reflecting particle propagation, sputtering, and ionization in the discharge volume are also presented and discussed, similarly to the first part of this study [J. Appl. Phys. 128, 043303 (2020)].
REFERENCES
1.
J.
Hnilica
, P.
Klein
, P.
Vašina
, R.
Snyders
, and N.
Britun
, J. Appl. Phys. 128, 043303
(2020).2.
U.
Helmersson
, M.
Lattemann
, J.
Bohlmark
, A. P.
Ehiasarian
, and J. T.
Gudmundsson
, Thin Solid Films
513
, 1
(2006
). 3.
A.
Anders
, Surf. Coat. Technol.
257
, 308
(2014
). 4.
A.
Ehiasarian
, W.-D.
Münz
, L.
Hultman
, U.
Helmersson
, and I.
Petrov
, Surf. Coat. Technol.
163
, 267
(2003
). 5.
M.
Samuelsson
, D.
Lundin
, J.
Jensen
, M. A.
Raadu
, J. T.
Gudmundsson
, and U.
Helmersson
, Surf. Coat. Technol.
205
, 591
(2010
). 6.
D.
Lundin
and K.
Sarakinos
, J. Mater. Res.
27
, 780
(2012
). 7.
M.
Hála
, R.
Vernhes
, O.
Zabeida
, J.-E.
Klemberg-Sapieha
, and L.
Martinu
, J. Appl. Phys.
116
, 213302
(2014
). 8.
J.
Vlček
, J.
Rezek
, J.
Houška
, T.
Kozák
, and J.
Kohout
, Vacuum
114
, 131
(2015
). 9.
P.
Souček
, J.
Daniel
, J.
Hnilica
, K.
Bernátová
, L.
Zábranský
, V.
Buršíková
, M.
Stupavská
, and P.
Vašina
, Surf. Coat. Technol.
311
, 257
(2017
). 10.
11.
J.
Gudmundsson
, N.
Brenning
, D.
Lundin
, and U.
Helmersson
, J. Vac. Sci. Technol. A
30
, 030801
(2012
). 12.
K.
Sarakinos
, J.
Alami
, and S.
Konstantinidis
, Surf. Coat. Technol.
204
, 1661
(2010
). 13.
N.
Britun
, T.
Minea
, S.
Konstantinidis
, and R.
Snyders
, J. Phys. D: Appl. Phys.
47
, 224001
(2014
). 14.
N.
Britun
, S.
Konstantinidis
, and R.
Snyders
, Plasma Process. Polym.
12
, 1010
(2015
). 15.
N.
Britun
and J.
Hnilica
, J. Appl. Phys.
127
, 211101
(2020
). 16.
A. D.
Pajdarová
, J.
Vlček
, P.
Kudláček
, and J.
Lukáš
, Plasma Sources Sci. Technol.
18
, 025008
(2009
). 17.
J.
Gudmundsson
, P.
Sigurjonsson
, P.
Larsson
, D.
Lundin
, and U.
Helmersson
, J. Appl. Phys.
105
, 123302
(2009
). 18.
P.
Poolcharuansin
, B.
Liebig
, and J.
Bradley
, IEEE Trans. Plasma Sci.
38
, 3007
(2010
). 19.
S.
Drache
, V.
Stranak
, A.-P.
Herrendorf
, M.
Čada
, Z.
Hubička
, M.
Tichý
, and R.
Hippler
, Vacuum
90
, 176
(2013
). 20.
R.
Hippler
, M.
Cada
, V.
Stranak
, C.
Helm
, and Z.
Hubicka
, J. Appl. Phys.
125
, 013301
(2019
). 21.
J.
Held
, P.
Maaß
, V.
Schulz-von der Gathen
, and A.
von Keudell
, Plasma Sources Sci. Technol.
29
, 025006
(2020
). 22.
J.
Bohlmark
, M.
Lattemann
, J.
Gudmundsson
, A.
Ehiasarian
, Y. A.
Gonzalvo
, N.
Brenning
, and U.
Helmersson
, Thin Solid Films
515
, 1522
(2006
). 23.
G.
Greczynski
and L.
Hultman
, Vacuum
84
, 1159
(2010
). 24.
M.
Palmucci
, N.
Britun
, T.
Silva
, R.
Snyders
, and S.
Konstantinidis
, J. Phys. D: Appl. Phys.
46
, 215201
(2013
). 25.
A.
Ferrec
, J.
Kéraudy
, and P.-Y.
Jouan
, Appl. Surf. Sci.
390
, 497
(2016
). 26.
P.
Klein
, F. L.
Estrin
, J.
Hnilica
, P.
Vašina
, and J.
Bradley
, J. Phys. D: Appl. Phys.
50
, 015209
(2017
). 27.
M.
Zanáška
, Z.
Hubička
, M.
Čada
, P.
Kudrna
, and M.
Tichý
, J. Phys. D: Appl. Phys.
51
, 025205
(2018
). 28.
S. M.
Meier
, A.
Hecimovic
, T. V.
Tsankov
, D.
Luggenhölscher
, and U.
Czarnetzki
, Plasma Sources Sci. Technol.
27
, 035006
(2018
). 29.
S.
Tsikata
, B.
Vincent
, T.
Minea
, A.
Revel
, and C.
Ballage
, Plasma Sources Sci. Technol.
28
, 03LT02
(2019
). 30.
H.
Hajihoseini
, M.
Čada
, Z.
Hubička
, S.
Ünaldi
, M. A.
Raadu
, N.
Brenning
, J. T.
Gudmundsson
, and D.
Lundin
, Plasma
2
, 201
(2019
). 31.
P. J.
Ryan
, J. W.
Bradley
, and M. D.
Bowden
, Phys. Plasmas
26
, 040702
(2019
). 32.
D.
Lundin
, T.
Minea
, and J. T.
Gudmundsson
, High Power Impulse Magnetron Sputtering: Fundamentals, Technologies, Challenges and Applications
, 1st ed. (Elsevier
, Amsterdam
, 2019
).33.
M.
Ganciu
, M.
Hecq
, S.
Konstantinidis
, J.-P.
Dauchot
, M.
Touzeau
, L.
de Poucques
, and J.
Bretagne
, U.S. patent 7,927,466 B2 (19 April 2011).34.
N.
Britun
, M.
Palmucci
, S.
Konstantinidis
, and R.
Snyders
, J. Appl. Phys.
117
, 163302
(2015
). 35.
N.
Britun
, M.
Palmucci
, S.
Konstantinidis
, and R.
Snyders
, J. Appl. Phys.
117
, 163303
(2015
). 36.
G. F.
Kirkbright
and M.
Sargent
, Atomic Absorption and Fluorescence Spectroscopy
(Academic Press
, London
, 1974
).37.
A. C.
Mitchell
and M. W.
Zemansky
, Resonance Radiation and Excited Atoms
(Plenum Press
, Cambridge
, 1971
).38.
N.
Britun
, M.
Palmucci
, and R.
Snyders
, Appl. Phys. Lett.
99
, 131504
(2011
). 39.
M.
Palmucci
, N.
Britun
, S.
Konstantinidis
, and R.
Snyders
, J. Appl. Phys.
114
, 113302
(2013
). 40.
L.
de Poucques
, J.-C.
Imbert
, C.
Boisse-Laporte
, J.
Bretagne
, M.
Ganciu
, L.
Teulé-Gay
, and M.
Touzeau
, Plasma Sources Sci. Technol.
15
, 661
(2006
). 41.
L.
de Poucques
, J.-C.
Imbert
, C.
Boisse-Laporte
, J.
Bretagne
, M.
Ganciu
, L.
Teulé-Gay
, P.
Vasina
, and M.
Touzeau
, Plasma Process. Polym.
4
, S424
(2007
). 42.
N.
Britun
, M.
Michiels
, and R.
Snyders
, Rev. Sci. Instrum.
86
, 123114
(2015
). 43.
R.
Payling
and P.
Larkins
, Optical Emission Lines of the Elements
(Wiley
, New York
, 2000
).44.
N.
Britun
, J.-G.
Han
, and S.-G.
Oh
, Plasma Sources Sci. Technol.
17
, 045013
(2008
). 45.
M.
Fekete
, J.
Hnilica
, C.
Vitelaru
, T.
Minea
, and P.
Vašina
, J. Phys. D: Appl. Phys.
50
, 365202
(2017
). 46.
A.
Anders
, P.
Ni
, and A.
Rauch
, J. Appl. Phys.
111
, 053304
(2012
). 47.
A.
Hecimovic
and A.
von Keudell
, J. Phys. D: Appl. Phys.
51
, 453001
(2018
). 48.
S.
Konstantinidis
, J.
Dauchot
, M.
Ganciu
, A.
Ricard
, and M.
Hecq
, J. Appl. Phys.
99
, 013307
(2006
). 49.
P.
Vašina
, M.
Fekete
, J.
Hnilica
, P.
Klein
, L.
Dosoudilová
, P.
Dvořák
, and Z.
Navrátil
, Plasma Sources Sci. Technol.
24
, 065022
(2015
). 50.
C.
Vitelaru
, L.
de Poucques
, T.
Hytkova
, T. M.
Minea
, C.
Boisse-Laporte
, J.
Bretagne
, and G.
Popa
, Plasma Process. Polym.
6
, S326
(2009
). 51.
N.
Britun
, M.
Michiels
, T.
Godfroid
, and R.
Snyders
, Appl. Phys. Lett.
112
, 234103
(2018
). 52.
K.
Bernátová
, M.
Fekete
, P.
Klein
, J.
Hnilica
, and P.
Vašina
, Plasma Sources Sci. Technol.
29
, 055010
(2020
). 53.
K.
Bernátová
, private communication (18 February 2020).54.
N.
Britun
, S.
Konstantinidis
, A.
Belosludtsev
, T.
Silva
, and R.
Snyders
, J. Appl. Phys.
121
, 171905
(2017
). 55.
S.
Konstantinidis
, A.
Ricard
, R.
Snyders
, H.
Vandeparre
, J.
Dauchot
, and M.
Hecq
, Surf. Coat. Technol.
200
, 841
(2005
). 56.
N.
Britun
, S.
Ershov
, A.-A.
El Mel
, S.
Konstantinidis
, A.
Ricard
, and R.
Snyders
, J. Phys. D: Appl. Phys.
46
, 175202
(2013
). 57.
J. T.
Gudmundsson
, D.
Lundin
, N.
Brenning
, M. A.
Raadu
, C.
Huo
, and T. M.
Minea
, Plasma Sources Sci. Technol.
25
, 065004
(2016
). 58.
M.
Fekete
, K.
Bernátová
, P.
Klein
, J.
Hnilica
, and P.
Vašina
, Plasma Sources Sci. Technol.
28
, 025011
(2019
). 59.
M.
Fekete
, K.
Bernátová
, P.
Klein
, J.
Hnilica
, and P.
Vašina
, Plasma Sources Sci. Technol.
29
, 025027
(2020
). 60.
D.
Depla
, S.
Heirwegh
, S.
Mahieu
, J.
Haemers
, and R.
De Gryse
, J. Appl. Phys.
101
, 013301
(2007
). 61.
D.
Depla
and S.
Mahieu
, Reactive Sputter Deposition
, 1st ed. (Springer
, Berlin
, 2008
).62.
M.
Aiempanakit
, A.
Aijaz
, D.
Lundin
, U.
Helmersson
, and T.
Kubart
, J. Appl. Phys.
113
, 133302
(2013
). © 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.