磁控直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料,不适于绝缘材料。因为轰击绝缘靶材时,表面的离子电荷无法中和,这将导致靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离的机会将变小,甚至不能电离,导致不能连续放电甚至放电停止,溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材,须用射频溅射法。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程:入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞,入射粒子的一部分动能会传给靶材原子;某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒(对于金属是5-10eV),从而从晶格点阵中被碰撞出来,产生离位原子;这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞,产生碰撞级联;当这种碰撞级联到达靶材表面时,如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能(对于金属是1-6eV),这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。磁控溅射普遍应用于化合物薄膜的大批量生产。广东高温磁控溅射步骤
磁控溅射技术有:直流磁控溅射技术。为了解决阴极溅射的缺陷,人们在20世纪70年发出了直流磁控溅射技术,它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的弱点,因而获得了迅速发展和普遍应用。其原理是:在磁控溅射中,由于运动电子在磁场中受到洛仑兹力,它们的运动轨迹会发生弯曲甚至产生螺旋运动,其运动路径变长,因而增加了与工作气体分子碰撞的次数,使等离子体密度增大,从而磁控溅射速率得到很大的提高,而且可以在较低的溅射电压和气压下工作,降低薄膜污染的倾向;另一方面也提高了入射到衬底表面的原子的能量,因而可以在很大程度上改善薄膜的质量。同时,经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时,已变成低能电子,从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速、“低温”的优点。河南金属磁控溅射步骤磁控阴极按照磁场位形分布不同,大致可分为平衡态磁控阴极和非平衡态磁控阴极。
磁控溅射是以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不只是基片,真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用使单个电子轨迹呈三维螺旋状,而不是只在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓,那是靶源磁场磁力线呈圆周形状分布。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在EXBshift机理下工作的除磁控溅射外,还有多弧镀靶源,离子源,等离子源等都在此原理下工作。所不同的是电场方向,电压电流大小等因素。
反应磁控溅射是以金属、合金、低价金属化合物或半导体材料作为靶阴极,在溅射过程中或在基片表面沉积成膜过程中与气体粒子反应生成化合物薄膜,这就是反应磁控溅射。反应磁控溅射普遍应用于化合物薄膜的大批量生产,这是因为:1、反应磁控溅射所用的靶材料和反应气体纯度很高,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。2、通过调节反应磁控溅射中的工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜,通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性。3、反应磁控溅射沉积过程中基板升温较小,而且制膜过程中通常也不要求对基板进行高温加热,因此对基板材料的限制较少。4、反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。磁控溅射又称为高速低温溅射。
真空磁控溅射为什么必须在真空环境?溅射过程是通过电能,使气体的离子轰击靶材,就像砖头砸土墙,土墙的部分原子溅射出来,落在所要镀膜的基体上的过程。如果气体太多,气体离子在运行到靶材的过程中,很容易跟路程中的其他气体离子或分子碰撞,这样就不能加速,也溅射不出靶材原子来。所以需要真空状态。而如果气体太少,气体分子不能成为离子,没有很多可以轰击靶材,所以也不行。只能选择中间值,有足够的气体离子可以轰击靶材,而在轰击过程中,不至于因为气体太多而相互碰撞致使失去太多的能量的气体量,所以必须在较为恒定的真空状态下。此状态根据气体分子直径和分子自由程计算。一般在0.2-0.5Pa之间。磁控溅射靶材的制备方法:粉末冶金法。河北金属磁控溅射工艺
反应磁控溅射所用的靶材料和反应气体纯度很高,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。广东高温磁控溅射步骤
磁控溅射的优点如下:1、沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小;2、对于大部分材料,只要能制成靶材,就可以实现溅射;3、溅射所获得的薄膜与基片结合较好;4、溅射所获得的薄膜纯度高、致密度好、成膜均匀性好;5、溅射工艺可重复性好,可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜;6、能够控制镀层的厚度,同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小;7、不同的金属、合金、氧化物能够进行混合,同时溅射于基材上;8、易于实现工业化。广东高温磁控溅射步骤
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