磁控溅射原理介绍(英文)
磁控溅射系统介绍perfect
一、设备介绍
磁控溅射一般包括直流溅射和射频溅射，其优点
是溅射速率高、均匀性好以及良好的台阶覆盖性。目
前已经成为最常用的一种薄膜制备方法源自适用于多种金属及非金属的薄膜沉积。
应用领域： 1 ）所有类型的金属及介质膜的沉积
（晶片、陶瓷片、玻璃板以及磁头）；2）光学薄膜
及磁性薄膜沉积； 3）脉冲直流电源硬质薄膜沉积以 及等离子放电反应性溅射等。
课题意义
• 磁控溅射是制备薄膜材料的重要的方法，其优点 是靶材的溅射速率高、薄膜的均匀性好以及良好 的台阶覆盖性。目前已经成为实验室和工业上普 遍采用的薄膜制备方法，适用于多种金属及非金 属的薄膜沉积。 • 磁控溅射镀膜是材料科学研究人员及学生应该掌 握的基本技能。但受实验条件、实验成本的限制， 材料物理专业的学生不可能人人亲自动手操作磁 控溅射仪进行薄膜制备实验，因此我们制作了这 套《磁控溅射仪的使用》音像教材，向大家简要 介绍磁控溅射仪的原理，演示实验操作过程，并 说明操作中的注意事项。本教材可供培训、观摩 之用，希望有助于大家实验技能的培养和提高。
基 片
薄膜 物质 输运 能量 输运
块状材料 (靶材)
磁场对溅射的影响
二次电子在加速飞向基片的过程中 受到磁场洛仑茨力的影响，被束缚 在靠近靶面的等离子体区域内，该 区域内等离子体密度很高，二次电 子在磁场的作用下围绕靶面作圆周 运动，在运动过程中不断的与氩原 子发生碰撞电离出大量的氩离子轰 击靶材，经过多次碰撞后电子的能 量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚， 远离靶材，最终沉积在基片或真空 室内壁及靶源阳极上。 磁控溅射的 特殊之处就是以磁场束缚并延长了 电子的运动路径，从而大大提高了 工作气体的电离率并有效利用了电 子的能量。
磁控溅射音像教材
pvd磁控溅射原理
pvd磁控溅射原理PVD磁控溅射简介PVD磁控溅射（Physical Vapor Deposition Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术。
它能够在材料表面沉积一层精密、均匀的薄膜，具有广泛的应用领域。
原理PVD磁控溅射利用高能粒子撞击物质表面，使得物质从源材料蒸发、溅射并沉积在基底上。
以下是PVD磁控溅射的主要原理：1. 原始材料选择合适的源材料作为溅射靶材。
这些靶材通常是纯净且具有较高的密度，以保证沉积薄膜的质量。
2. 气氛控制通过调节气氛组成和压力来控制溅射过程中的气氛。
常用的气体有氩、氮等，其主要作用是保持反应室内的稳定环境。
3. 溅射过程在反应室内，将源材料靶材放置于阴极位置，并加上高压电源，形成磁场。
这个磁场激活了准直磁控电子束，使其环绕靶材运动。
电子束激发了靶材原子，使其脱离靶材并向基底表面运动。
4. 沉积薄膜溅射的源材料原子在运动过程中与基底表面相互冲击结合，形成薄膜沉积。
这些原子在基底表面形成结晶或非晶的薄膜结构。
应用PVD磁控溅射技术广泛应用于以下领域：•光电子学：制备光学薄膜，如反射层、透镜等。
•显示技术：用于制造液晶显示器、有机发光二极管（OLED）等。
•硬盘制造：用于制备磁性材料薄膜，如磁头、磁盘等。
•太阳能电池：制造多层薄膜太阳能电池。
•汽车工业：用于制备汽车玻璃涂层、汽车内部装饰等。
优缺点PVD磁控溅射技术具有以下优点和缺点：优点•薄膜均匀性好，可控性强。
•溅射速率可调节，适合制备不同厚度的薄膜。
•可制备多种材料薄膜，针对不同应用需求。
•薄膜在界面附着力强，具有较好的耐久性。
缺点•靶材利用率低，需定期更换。
•受制于靶材材料的限制，无法制备非金属或高熔点材料薄膜。
•沉积速率较慢，需要较长的时间。
综上所述，PVD磁控溅射技术是一种重要的薄膜制备方法。
它在各个领域都有广泛的应用，并呈现出许多独特的优点。
随着科学技术的不断发展，PVD磁控溅射技术将在未来发挥更大的作用。
磁控溅射原理
磁控溅射（Magnetron Sputtering）原理磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。
膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。
氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。
磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。
在电场的作用下，电子向基片运动，在运动过程中，电子与充入的气体原子相互碰撞，使得电离得到离子以及一个电子，新的电子同样在电场的作用下，向基片运动，而得到的离子在电场的加速作用下，高能量轰击靶材，溅射靶材料。
溅射的粒子中，包括电子、离子以及中性粒子。
其中溅射出的中性粒子，具有一定的能量，在基片上沉积，形成薄膜。
其中溅射得到的电子也称为二次电子，二次电子受到电场和磁场的相互作用。
而在阴极暗区，二次电子只受到电场的作用，在负辉区，二次电子只受到磁场作用。
二次电子在靶材表面受到电场加速作用，然后以一定的速度进入负辉区，同时，二次电子的速度是垂直于磁场方向的，因此就受到洛伦兹力的作用，在向心力的作用下，做顺时针旋转运动。
当旋转过半周后，二次电子由负辉区进入阴极暗区，在电场的作用下，做减速运动，直至降至零。
然后，电子在电场的作用下，反响加速，再次进入负辉区，再次做圆周运动。
二次电子在靶材表面螺旋前进，这样增加了电子的运动路径，使得二次电子被束缚在靶材表面，增加了与气体原子的碰撞几率，能够电离出更多的离子来轰击靶材，提高溅射速率。
同时由于碰撞次数的增多，二次电子的能量降低，逐渐远离靶材表面，最终在电场的作用下，沉积到基片上，由于电子的能量很小，对基片的温度影响很小。
磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态，这对单晶和塑料基板具有重要的意义。
磁控溅射可用DC和RF放电工作，故能制备金属膜和介质膜。
详情请参考/entry/8463781/。
ecr磁控溅射原理
ecr磁控溅射原理ECR磁控溅射原理什么是ECR磁控溅射？ECR磁控溅射（Electron Cyclotron Resonance Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，它利用电子回旋共振效应和磁控溅射技术相结合，能够在低温下制备高质量的薄膜。
下面将介绍ECR磁控溅射的工作原理及其应用。
电子回旋共振效应电子回旋共振效应是指当带有准确频率的外加射频电场作用于等离子体中自由电子时，电子会在磁场的引导下形成一个稳定的轨道运动。
这种回旋共振现象可以让电子获得足够的能量和速度，从而具备溅射衬底表面的能力。
磁控溅射技术磁控溅射是利用电子轨道高度控制的特点，通过磁场将惰性气体（如氩气）离子化，形成等离子体，并加速氩离子轰击靶材产生溅射。
溅射的靶材会被氩离子击中并释放出原子或分子，然后在真空中沉积到衬底表面形成薄膜。
ECR磁控溅射原理ECR磁控溅射利用强大的射频电磁场与静磁场相互作用，使电子在磁场中回旋共振，得到足够的能量后，将能量传递给惰性气体成为等离子体。
在等离子体的作用下，靶材表面的原子或分子被离子击中并溅射，最终形成薄膜。
ECR磁控溅射的优势•低温制备：ECR磁控溅射的工作温度相对较低，可以制备高熔点材料薄膜。
•高纯度薄膜：由于只有靶材物质被击中溅射，薄膜的纯度较高。
•高沉积速率：ECR磁控溅射能够提供较高的离子能量和流密度，导致较高的沉积速率。
•薄膜质量优良：ECR磁控溅射制备的薄膜具有较高的致密性、较好的附着力和较小的残余应力。
ECR磁控溅射的应用ECR磁控溅射技术广泛应用于微电子器件、光学薄膜、磁性薄膜、超硬涂层等领域。
各种功能薄膜的制备都可以采用ECR磁控溅射技术进行，如导电膜、阻障膜、光学反射膜等，满足了不同应用领域对薄膜性能要求的多样化需求。
ECR磁控溅射技术的发展不仅拓展了薄膜制备的领域，还为多种先进功能材料的研究提供了强有力的工具和手段。
未来随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，ECR磁控溅射必将发挥更加重要的作用。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理
磁控溅射（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，其中利用磁控电子束加速器和靶材的相互作用实现。
在磁控溅射过程中，会有一种称为靶材的材料被置于真空腔室中。
通常，该靶材是被称为电子束阴极的磁控源。
真空腔中放置有基板，它是需要被涂层的目标表面。
为了开始溅射过程，通过引入工作气体（如氩气）使真空腔压力降至非常低的级别，通常为10^-6至10^-3毫巴（1毫巴
=100帕）。
然后，在靶材上施加直流或脉冲电源，产生磁场
和电子束。
这些电子束击中靶材表面，加速释放出的离子，将其溅射到基板上，从而形成薄膜。
靶材上的电荷量形成一个环状的磁场，这被称为靶材区域。
这种磁场的存在使能够将带有正电荷的离子定向到工作表面。
此外，电子束在该磁场中被定向，从而形成一个环绕靶材的螺旋形低密度电子云。
这是通过磁透镜形成的，它将电子束束缚在靶材区域。
当电子束和磁场共同作用时，电子与标靶表面相互作用，启动了溅射过程。
在这个过程中，束流的动能转移到靶材的原子、离子和中性气体原子上，使它们从靶面溅射到基板上，从而形成薄膜。
磁控溅射技术具有可控性、均匀性和高质量的优势，可用于各种领域的薄膜制备，如光学、电子器件、显示器件等。
通过调
整靶材、工作气体、工作压力和溅射时间等参数，可以实现所需的薄膜特性。
pvd磁控溅射镀膜原理
pvd磁控溅射镀膜原理宝子们，今天咱们来唠唠一个超酷的技术——PVD磁控溅射镀膜。
这玩意儿听起来是不是就很高级？但其实呀，理解起来也没那么难啦。
咱先说说啥是PVD，PVD就是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）的简称哦。
这就像是给东西穿上一层超级酷炫的外衣，不过这外衣可不是普通的布料，而是用物理的方法给镀上去的一层膜。
那磁控溅射镀膜呢？这可是PVD里的一个超厉害的方法。
想象一下啊，有一个真空的环境，就像一个超级神秘的小宇宙一样。
在这个真空环境里，有我们要镀膜的基底，这个基底就像是一个等着被打扮的小脸蛋一样。
然后呢，有一个靶材，这个靶材就是我们用来镀膜的材料，就好比是化妆用的粉底或者眼影的原料。
在这个真空小宇宙里，我们给这个系统加上一些特殊的条件。
这时候就有高能粒子登场啦，这些高能粒子就像是一群超级小的、精力旺盛的小精灵一样。
它们会冲向靶材。
当这些小精灵撞击到靶材的时候，就会把靶材表面的原子或者分子给撞得“晕头转向”的，然后这些被撞出来的原子或者分子就会像小雪花一样，飘飘悠悠地飞向基底。
然后就一层一层地落在基底上，慢慢地就形成了一层膜。
这就像是小雪花一片一片地堆积，最后就变成了一个白色的世界一样。
那磁控在这个过程里起到啥作用呢？磁控啊，就像是一个超级指挥家。
在这个真空环境里，有磁场的存在。
这个磁场就像是一个无形的大手，它能够控制那些高能粒子的运动轨迹。
有了这个磁场的指挥，那些高能粒子就能够更加高效地去撞击靶材啦。
就好比是一群调皮的小朋友，本来是到处乱跑的，但是有了老师（磁场）的指挥，就能够乖乖地朝着一个方向去做事情（撞击靶材）啦。
这个磁控溅射镀膜有好多厉害的地方呢。
比如说，它能够镀出非常均匀的膜。
这就好比是给小脸蛋涂粉底，涂得特别均匀，一点都不会一块厚一块薄的。
而且啊，它可以选择各种各样的靶材，就像你化妆的时候可以选择不同颜色的眼影一样。
你想要金色的膜，就用金做靶材；想要银色的，就用银做靶材。
hipims磁控溅射原理
hipims磁控溅射原理
hipims磁控溅射原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。
由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。
在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动。
Sputter磁控溅射概述
have been well reviewed in the literature, owing to limitations
associated with scalability and power supply options.
溅射沉积有多流行？
Sputter deposition is also used to deposit compound films by adding a reactive gas to the discharge. This, however, greatly increases the complexity of the deposition process, and explains the ongoing interest in academia to investigate this technique of which several aspects are not completely understood.
概述
Since sputtering is a purely physical process, adding chemistry to, for example, deposit a compound layer must be done ad hoc through the addition of a reactive gas to the plasma, i.e. reactive sputtering. The undesirable reaction of the reactive gas with the tห้องสมุดไป่ตู้rget material results in a nonlinear behavior of the deposition parameters as a function of the reactive gas flow. To model this behavior, the fluxes of the various species toward the target must be determined. However, equally important are the fluxes of species incident at the substrate because they not only influence the reactive sputter deposition process, but also control the growth of the desired film. Indeed, the microstructure of magnetron sputter-deposited films is defined by the identity of the particles arriving at the substrate, their fluxes, and the energy per particle.
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Magnetic Field B
+
E
x
x x Bx
-
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MIRDC
What is a Magnetron
The most common type of magnetron can be found inside a microwave oven.
This is a magnetron tube.
Control of these highly mobile plasma electrons is the key to all forms of plasma control
Conversion of a neutral atom
into an ion by electron collision
(for ion energies < 1keV).
Ar+
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MIRDC
Ionising collisions
Ions and electrons lost from the discharge can be replaced by ionising collisions
⇒ e- + Ar e- + e- + Ar+
in a plasma
0+ e-
e1+
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MIRDC
Electron motion in a combined electric & magnetic field
e-
SN E
B ExB
B
x
B
e-
NS
e-
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MIRDC
Negatively biased target
A magnetron sputtering plasma
This is characterised by the parameter γ. For every ion impacting on the target γ electrons are released by secondary emission.
For most metals, γ ~ 0.1, and is insensitive to ion impact energy
ttrraannssffeerr ffrroomm tthhee iinn--ccoommiinngg ppaarrttiiccllee..
UUnnlliikkee mmaannyy ootthheerr vvaappoouurr pphhaassee tteecchhnniiqquueess tthheerree iiss nnoo mmeellttiinngg ooff tthhee mmaatteerriiaall..
OOtthheerr nnaammeess ffoorr SSPPUUTTTTEERRIINNGG wweerree SSPPLLUUTTTTEERRIINNGG aanndd CCAATTHHOODDEE DDEESSIINNTTEEGGRRAATTIIOONN..
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MIRDC
What is a Magnetron
ee-
Ar+ Ar
e-
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MIRDC
Double Ionisation
If an electron collides with an Argon ion, there is a possibility of the Argon losing another electron, becoming doubly ionised
KKeeyy ffoorr uunnddeerrssttaannddiinngg ddiissccoovveerryy ooff eelleeccttrroonnss aanndd ppoossiittiivvee iioonnss iinn llooww pprreessssuurree ggaass ddiisscchhaarrggeess aanndd aattoomm ssttrruuccttuurree ((JJ..JJ.. TThhoommssoonn,, RRuutthheerrffoorrdd)),, 11889977----
MIRDC
What is magnetron sputtering?
Magnetron Sputtering is a plasma vacuum coating technique and here are some of the questions that will be answered in this section: What’s sputtering? What’s a magnetron? What’s a plasma?
++
-
-V
Resulting erosion of the sputter target
High density plasma generated by the combine electrical and magnetic field
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MIRDC
Magnetron sputtering plasma
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MIRDC
Secondary electron emission
Electrons lost from the discharge can be replaced by secondary emission - electrons liberated from the target due to ion impact.
PPllaassmmaa PPaarraammeetteerrss DDeennssiittyy ((nnee,, nnii)) EElleeccttrroonn tteemmppeerraattuurree ((TTee)) UUssuuaallllyy mmeeaassuurreedd iinn eelleeccttrroonn vvoollttss ((11eeVV == 1122000000°°cc)) PPllaassmmaa ppootteennttiiaall ((VVpp))
40 m 50 cm 5m 100 m
2 cm
For 5 mtorr of argon (~300K) with 5eV electrons
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MIRDC
What is sputtering?
Atom or ion with kinetic energy
Surface
Atom, ion
e-
TThhee iimmppaacctt ooff aann aattoomm oorr iioonn oonn aa ssuurrffaaccee pprroodduucceess ssppuutttteerriinngg ffrroomm tthhee ssuurrffaaccee aass aa rreessuulltt ooff tthhee mmoommeennttuumm
MMeeaann ffrreeee ppaatthhss
MMaaggnneettiicc ttrraapp
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MIRDC
Basic concepts
‘‘GGaass’’ ooff cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess EElleeccttrroonnss ((nneeggaattiivvee)) IIoonnss ((ppoossiittiivvee))
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MIRDC
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MIRDC
The history of sputtering?
TThhee vveerrbb ttoo SSPPUUTTTTEERR oorriiggiinnaatteess ffrroomm LLaattiinn SSPPUUTTAARREE ((TToo eemmiitt ssaalliivvaa wwiitthh nnooiissee))..
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MIRDC
Sustaining a discharge
Particles lost from the discharge must be replaced. This can be achieved by
Secondary emission of electrons
Ionising collisions
A Magnetron is comprised of : A CATHODE = electron source An ANODE = electron collector A combined ELECTRIC & MAGNETIC FIELD B E
xE B
+
x
x-x x
x
Electric Field E
PPhheennoommeennoonn ffiirrsstt ddeessccrriibbeedd 115500 yyeeaarrss aaggoo…… GGrroovvee ((11885522)) aanndd ppllüücckkeerr ((11885588)) ffiirrsstt rreeppoorrtteedd vvaappoorriizzaattiioonn aanndd ffiillmm ffoorrmmaattiioonn ooff mmeettaall ffiillmmss bbyy ssppuutttteerriinngg..
Collision type
Electron – electron Electron – argon (Momentum loss) Electron – argon (Ionisation) Electron – argon (Double ionisation) Argon – argon