为了解决阴极溅射的缺陷,人们在20世纪70年代的时候开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。该方法的缺点是不能制备绝缘体膜,而且磁控电极中采用的不均匀磁场会使靶材产生明显的不均匀刻蚀,导致靶材利用率低,一般只为20%-30%。磁控溅射涂层有很好的牢固性,溅射薄膜与基板,机械强度得到了改善,更好的附着力。江西单靶磁控溅射特点
直流磁控溅射所用的电源是直流高压电源,通常在300~1000V,特点是溅射速率快,造价低,后期维修保养廉价。可是只能溅射金属靶材,假如靶材是绝缘体,随着溅射的深化,靶材会聚集很多的电荷,导致溅射无法持续。因而关于金属靶材通常用直流磁控溅射,因为造价廉价,结构简略,目前在工业上使用普遍。脉冲磁控溅射是采用脉冲电源或者直流电源与脉冲生成装置配合,输出脉冲电流驱动磁控溅射沉积。一般使用矩形波电压,既容易获得又有利于研究溅射放电等离子体的变化过程。工作模式与中频溅射。四川金属磁控溅射用处射频磁控溅射,又称射频磁控溅射,是一种制备薄膜的工艺,特别是在使用非导电材料时。
磁控溅射就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: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。
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。靶源分平衡式和非平衡式,平衡式靶源镀膜均匀,非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。天津射频磁控溅射流程
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。江西单靶磁控溅射特点
磁控溅射的材料性能:如果靶材是磁性材料,磁力线被靶材屏蔽,磁力线难以穿透靶材在靶材表面上方形成磁场,磁控的作用将大幅度降低。因此,溅射磁性材料时,一方面要求磁控靶的磁场要强一些,另一方面靶材也要制备的薄一些,以便磁力线能穿过靶材,在靶面上方产生磁控作用。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。江西单靶磁控溅射特点
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