磁控濺射的工作原理

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磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用，產(chǎn)生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于磁控濺射一條擺線。若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar 來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠離靶表面，并在電場E的作用下沉積在基片上。當這種碰撞級聯(lián)到達靶材表面時，如果靠近靶材表面的原子的動能大于表面結(jié)合能（對于金屬是1-6eV），這些原子就會從靶材表面脫離從而進入真空。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。

磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復雜的散射過程，和靶原子碰撞，把部分動量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級聯(lián)過程。在這種級聯(lián)過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量，離開靶被濺射出來。

磁控濺射的種類介紹

磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應用對象。但有一共同點：利用磁場與電場交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運行，從而增大電子撞擊氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。

靶源分平衡式和非平衡式，平衡式靶源鍍膜均勻，非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強。平衡靶源多用于半導體光學膜，非平衡多用于磨損裝飾膜。磁控陰極按照磁場位形分布不同，大致可分為平衡態(tài)磁控陰極和非平衡態(tài)磁控陰極。磁控濺射除上述已被大量應用的領(lǐng)域，還在高溫超導薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜研究方面發(fā)揮重要作用。平衡態(tài)磁控陰極內(nèi)外磁鋼的磁通量大致相等，兩極磁力線閉合于靶面，很好地將電子/等離子體約束在靶面附近，增加了碰撞幾率，提高了離化效率，因而在較低的工作氣壓和電壓下就能起輝并維持輝光放電，靶材利用率相對較高。

但由于電子沿磁力線運動主要閉合于靶面，基片區(qū)域所受離子轟擊較小。非平衡磁控濺射技術(shù)，即讓磁控陰極外磁極磁通大于內(nèi)磁極，兩極磁力線在靶面不完全閉合，部分磁力線可沿靶的邊緣延伸到基片區(qū)域，從而部分電子可以沿著磁力線擴展到基片，增加基片磁控濺射區(qū)域的等離子體密度和氣體電離率。不管平衡還是非平衡，若磁鐵靜止，其磁場特性決定了一般靶材利用率小于30%。為增大靶材利用率，可采用旋轉(zhuǎn)磁場。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，同時濺射速率要減小。濺射鍍膜又分為很多種，總體看，與蒸發(fā)鍍膜的不同點在于濺射速率將成為主要參數(shù)之一。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶，如半導體膜濺射。對于小型設備和一般工業(yè)設備，多用磁場靜止靶源。

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磁控濺射“磁控反應”介紹

磁控反應濺射絕緣體看似容易，而實際操作困難。主要問題是反應不光發(fā)生在零件表面，也發(fā)生在陽極，真空腔體表面以及靶源表面，從而引起滅火，靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù)，很好的解決了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極，從而消除陽極表面氧化或氮化。（3）在微電子領(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù)，主要應用在化學氣相沉積（CVD）或金屬有機（4）化學氣相沉積（CVD）生長困難及不適用的材料薄膜沉積，而且可以獲得大面積非常均勻的薄膜。冷卻是一切源（磁控，多弧，離子）所必需，因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量，若無冷卻或冷卻不足，這種熱量將使靶源溫度達一千度以上從而溶化整個靶源。

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磁控濺射鍍膜機導致不均勻因素哪些？

原理上講，兩點：氣場和磁場

磁控濺射在0.4Pa的氣壓情況下離子撞擊靶材，濺射出粒子沉積到基材上，整體靶材的電壓幾乎一致，不影響濺射速率。

0.4Pa的氣場情況是濺射速率較高的情況，氣場變化，壓強變大和變小都會影響濺射速率。

磁場大，束縛的自由電子增多，濺射速率增大，磁場小，束縛的自由電子就少，濺射速率降低。

穩(wěn)定住氣場和磁場，濺射速率也將隨之穩(wěn)定。

在實際情況下，氣場穩(wěn)定，需要設計布氣系統(tǒng)，將布氣系統(tǒng)分級布置，保障鍍膜機腔體內(nèi)不同位置的進氣量相同，同時，布氣系統(tǒng)、靶材、基材等要遠離鍍膜機的抽氣口。需要穩(wěn)定磁場，用高斯計測量靶材表面磁場強度，由于磁場線本身是閉合曲線，靶材磁場回路兩端磁場強度自然比中間位置強，可以選擇用弱磁鐵，同時，基材要避開無法調(diào)整的磁場變化較大的部分。濺射鍍膜中的激光濺射鍍膜pld，組分均勻性容易保持，而原子尺度的厚度均勻性相對較差(因為是脈沖濺射)，晶向(外沿)生長的控制也比較一般。

另外，在設備結(jié)構(gòu)設計方面，磁控濺射過程中，需要基材與靶材保持同軸，如果旋轉(zhuǎn)、直線運行的話，也要同軸旋轉(zhuǎn)、直線運行。