The effects of variations in gas pressure and discharge current on the properties of the ionization region in an argon magnetron sputtering discharge are investigated using a volume-averaged (global) model. The densities of thermal electrons, ions and metal atoms, the temperatures of both thermal and hot electron populations, the energies with which ions bombard the target, the sheath width adjacent to the cathode, as well as the ionized flux fraction are analyzed. Cu, Mo and Cu–Mo targets are considered. The studies are performed under conditions corresponding to experiments with a magnetron sputtering discharge (the neutral gas pressure ranges from 1.33 to 53.33 Pa and the discharge current from 50 to 300 mA). The results of the numerical calculations are used to explain the measured dependencies of the excitation temperature of argon atoms on discharge current determined by Boltzmann plot technique. The studies are conducted with the assumption that the energy distribution function for hot electrons is Maxwellian, as well as with the use of a more realistic model for hot electrons, which describes the energy distribution of these electrons using analytical expressions derived from the Boltzmann equation. In most cases, the calculated results agree well with the experimental data.
アルゴンマグネトロンスパッタリング放電におけるイオン化領域の特性に対するガス圧力および放電電流の変動の影響を、体積平均（グローバル）モデルを用いて調べた。熱電子、イオン、および金属原子の密度、熱電子集団とホット電子集団の両方の温度、イオンがターゲットに衝突するエネルギー、陰極に隣接するシース幅、ならびにイオン化フラックス割合を解析した。Cu、Mo、およびCu–Moターゲットを対象とした。研究は、マグネトロンスパッタリング放電を用いた実験に対応する条件下で実施した（中性ガス圧力は1.33～53.33 Pa、放電電流は50～300 mA）。数値計算の結果は、ボルツマンプロット法により決定されたアルゴン原子の励起温度の放電電流依存性の測定結果を説明するために用いられた。研究は、ホット電子のエネルギー分布関数がマクスウェル分布であると仮定した場合と、ボルツマン方程式から導出された解析式を用いてこれらの電子のエネルギー分布を記述する、より現実的なホット電子モデルを用いた場合の両方について実施された。ほとんどの場合、計算結果は実験データとよく一致した。