磁控溅射技术是一门起源较早,但至今仍能够发挥很大作用的技术。它的优越性不只体现在镀膜方面,更渗透到各个行业领域。时至如今,我国的溅射技术水平较之以前有了很大的突破。随着时代进步和现代工业化生产需求,社会对磁控溅射工艺的要求也越来越高,这就需要广大科研人员不断深入探究,对这项技术进行进一步研究和改良,增强其精度和功能,满足日益增长的现代工业需求,更好的为社会发展和科学进步贡献力量。广东省科学院半导体研究所。磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜。黑龙江金属磁控溅射平台
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。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压,阳离子在电场的作用下轰击靶材,它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材,因为如果是绝缘体靶材,则由于阳粒子在靶表面积累,造成所谓的“靶中毒”,溅射率越来越低。上海真空磁控溅射镀膜磁控溅射靶材的分类:根据材料的成分不同,靶材可分为金属靶材、合金靶材、无机非金属靶材等。
非平衡磁控溅射离子轰击在镀膜前可以起到清洗工件的氧化层和其他杂质,活化工件表面的作用,同时在工件表面上形成伪扩散层,有助于提高膜层与工件表面之间的结合力。在镀膜过程中,载能的带电粒子轰击作用可达到膜层的改性目的。比如,离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子,切断膜层结晶态或凝聚态的优势生长,从而生更致密,结合力更强,更均匀的膜层,并可以较低的温度下镀出性能优良的镀层。非平衡磁控溅射技术的运用,使平衡磁控溅射遇到的沉积致密、成分复杂薄膜的问题得以解决。
磁控溅射设备原子的能量比蒸发原子的能量大许多倍;入射离子的能量很低时,溅射原子角散布就不完全符合余弦散布规律。角散布还与入射离子方向有关。从单晶靶溅射出来的原子趋向于集中在晶体密度大的方向,因为电子的质量很小,所以即便运用具有高能量的电子炮击靶材也不会发生溅射现象。因为溅射是一个杂乱的物理进程,涉及的因素许多,长期以来关于溅射机理虽然进行了许多的研究,提出过许多的理论,但都难以完善地解说溅射现象。广东省科学院半导体研究所。磁控溅射目前是一种应用十分普遍的薄膜沉积技术。
高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片,导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上,引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走,薄膜的较大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环,还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%~30%,因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。磁控溅射成为镀膜工业主要方法之一。江西多功能磁控溅射过程
磁控溅射的优点:基板有低温性。相对于二级溅射和热蒸发来说,磁控溅射加热少。黑龙江金属磁控溅射平台
高速率磁控溅射本质特点是产生大量的溅射粒子,导致较高的沉积速率。实验表明在较大的靶源密度在高速溅射,靶的溅射和局部蒸发同时发生,两种过程的结合保证了较大的沉积速率(几μm/min)并导致薄膜的结构发生变化。与通常的磁控溅射比较,高速溅射和自溅射的特点在于较高的靶功率密度Wt=Pd/S>50Wcm-2,(Pd为磁控靶功率,S为靶表面积)。高速溅射有一定的限制,因此在特殊的环境才能保持高速溅射,如足够高的靶源密度,靶材足够的产额和溅射气体压力,并且要获得较大气体的离化率。较大限制高速沉积薄膜的是溅射靶的冷却。黑龙江金属磁控溅射平台