广州脉冲磁控溅射原理 广东省科学院半导体研究所供应

磁控溅射又称为高速低温溅射，在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子，在靶阴极电场的加速下，轰击阴极材料，使材料表面的原子或分子飞离靶面，穿越等离子体区以后在基片表面淀积、迁移较终形成薄膜。与二极溅射相比较，磁控溅射的沉积速率高，基片升温低，膜层质量好，可重复性好，便于产业化生产。它的发展引起了薄膜制备工艺的巨大变革。磁控溅射源在结构上必须具备两个基本条件：(1)建立与电场垂直的磁场；(2)磁场方向与阴极表面平行，广州脉冲磁控溅射原理，并组成环形磁场，广州脉冲磁控溅射原理。磁控溅射的优点如下：基板有低温性，广州脉冲磁控溅射原理。相对于二级溅射和热蒸发来说，磁控溅射加热少。广州脉冲磁控溅射原理

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。广州金属磁控溅射设备磁控溅射在靶材表面建立与电场正交磁场。

直流溅射的结构原理如下：真空室中装有辉光放电的阴极，靶材就装在此极表面上，接受离子轰击；安装镀膜基片或工件的样品台以及真空室接地，作为阳极。操作时将真空室抽至高真空后，通入氩气，并使其真空度维持在1.0Pa左右，再加上2-3kV的直流电压于两电极之上，即可产生辉光放电。此时，在靶材附近形成高密度的等离子体区，即负辉区该区中的离子在直流电压的加速下轰击靶材即发生溅射效应。由靶材表面溅射出来的原子沉积在基片或工件上，形成镀层。

磁控溅射靶材的原理如下：在被溅射的靶极与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：直流溅射和射频溅射，其中直流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快。而射频溅射的使用范围更为普遍，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电的材料，同时还可进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射，如今，常用的有电子回旋共振型微波等离子体溅射。磁控溅射的优点如下：基板低温性。

磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来，在靶材表面建立与电场正交磁场，解决了二极溅射沉积速率低，等离子体离化率低等问题，成为镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有以下特点：可制备成靶的材料广，几乎所有金属，合金和陶瓷材料都可以制成靶材；在适当条件下多元靶材共溅射方式，可沉积配比精确恒定的合金；在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜；通过精确地控制溅射镀膜过程，容易获得均匀的高精度的膜厚；通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态，溅射靶的安装不受限制，适合于大容积镀膜室多靶布置设计；溅射镀膜速度快，膜层致密，附着性好等特点，很适合于大批量，高效率工业生产。磁控溅射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。广州金属磁控溅射设备

磁控溅射镀膜的应用领域：建材及民用工业中。广州脉冲磁控溅射原理

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的阳极而被吸收，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。广州脉冲磁控溅射原理

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