四川反应磁控溅射原理

随着工业的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为磁控溅射领域新的发展趋势。高速溅射能够得到大约几个μm/min的高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高工业生产的效率；有可能替代对环境有污染的电镀工艺。当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放电，即是只用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜形成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积薄膜。PVD镀膜技术主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。四川反应磁控溅射原理

非平衡磁控溅射的磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不只有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也有由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。非平衡磁控溅射系统有两种结构，一种是其芯部磁场强度比外环高，磁力线没有闭合，被引向真空室壁，基体表面的等离子体密度低，因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度，磁力线没有完全形成闭合回路，部分外环的磁力线延伸到基体表面，使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域，同时再与中性粒子发生碰撞电离，等离子体不再被完全限制在靶材表面区域，而是能够到达基体表面，进一步增加镀膜区域的离子浓度，使衬底离子束流密度提高，通常可达5mA/cm2以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源，基体离子束流密度与靶材电流密度成正比，靶材电流密度提高，沉积速率提高，同时基体离子束流密度提高，对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。江西双靶磁控溅射仪器高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。

磁控溅射靶材镀膜过程中，影响靶材镀膜沉积速率的因素：溅射电压：溅射电压对成膜速率的影响有这样一个规律：电压越高，溅射速率越快，而且这种影响在溅射沉积所需的能量范围内是缓和的、渐进的。在影响溅射系数的因素中，在溅射靶材和溅射气体之后，放电电压确实很重要。一般来说，在正常的磁控溅射过程中，放电电压越高，溅射系数越大，这意味着入射离子具有更高的能量。因此，固体靶材的原子更容易被溅射出并沉积在基板上形成薄膜。

磁控溅射的基本原理是利用Ar一O2混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好，可实现大面积镀膜。该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。磁控溅射是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子较终沿磁力线漂移到阴极附近而被吸收，避免高能电子对极板的强烈轰击，消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起的损伤，体现出磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场，一般采用永久磁铁实现。磁控溅射的优点：膜的牢固性好。

用磁控靶源溅射金属和合金很容易，点火和溅射很方便。这是因为靶（阴极），等离子体和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体（如陶瓷），则回路断了。于是人们采用高频电源，回路中加入很强的电容，这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵，溅射速率很小，同时接地技术很复杂，因而难大规模采用。为解决此问题，发明了磁控反应溅射。就是用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。磁控溅射技术在光学薄膜(如增透膜)、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面也得到应用。四川反应磁控溅射原理

磁控溅射又称为高速低温溅射。四川反应磁控溅射原理

平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。沉积室充入一定量的工作气体，通常为Ar，在高压作用下Ar原了电离成为Ar+离子和电子，产生辉光放电，Ar+离子经电场加速轰击靶材，溅射出靶材原子、离子和二次电子等。电子在相互垂直的电磁场的作用下，以摆线方式运动，被束缚在靶材表面，延长了其在等离子体中的运动轨迹，增加其参与气体分子碰撞和电离的过程，电离出更多的离子，提高了气体的离化率，在较低的气体压力下也可维持放电，因而磁控溅射既降低溅射过程中的气体压力，也同时提高了溅射的效率和沉积速率。四川反应磁控溅射原理

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