磁控溅射
磁控溅射

磁控溅射仪1.磁控溅射原理;磁控溅射的工作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的足够动量,离开靶被溅射出来。
2.磁控溅射构造磁控溅射薄膜沉积系统包括:气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。
其中(1) 气路系统:与PECVD系统类似,磁控溅射系统应包括一套完整的气路系统。
但是,与PECVD 系统不同的是,PECVD系统中,气路中为反应气体的通道。
而磁控溅射系统气路中一般为Ar、N2等气体。
这些气体并不参与成膜,而是通过发生辉光放电现象将靶材原子轰击下来,使靶材原子获得能量沉积到衬底上成膜。
(2) 真空系统:与PECVD系统类似,磁控溅射沉积薄膜前需要将真空腔室抽至高真空。
因此,其真空系统也包括机械泵、分子泵这一高真空系统。
(3) 循环水冷却系统:工作过程中,一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却,以防止部件损坏。
磁控溅射原理详细介绍课件

氮气(N2)
常与氩气混合使用,用于增加 薄膜的硬度和抗氧化性。
氧气(O2)
用于形成氧化物薄膜,如TiO2 和Al2O3。
选择原则
根据被溅射材料和所需薄膜性 质选择合适的工作气体。
溅射功率与控制
01
02
03
溅射功率
指用于产生溅射的功率, 通常以辉光放电的形式提 供。
控制方法
通过调节辉光放电的电流 或电压来控制溅射功率。
03
放电的物理过程
放电过程中,气体分子在电场中被电离,产生带电粒子,这些带电粒子
在电场中加速运动,与气体分子发生碰撞,使气体分子激发和电离,形
成电子和离子的雪崩效应。
粒子运动与碰撞
带电粒子的运动
在电场中,带电粒子受到电场力 的作用,沿着电场线方向加速运
动。
粒子的碰撞
带电粒子在运动过程中与气体分 子发生碰撞,将动能传递给气体 分子,使气体分子获得足够的能 量以克服束缚力,从原子或分子
磁控溅射原理详细介绍课件
目录
• 磁控溅射原理概述 • 磁控溅射装置与工作原理 • 磁控溅射的物理基础 • 磁控溅射技术参数与控制 • 磁控溅射沉积薄膜性能优化 • 磁控溅射研究前沿与展望
01
磁控溅射原理概述
定义与特性
定义
磁控溅射是一种物理气相沉积技术,通过在真空环境下利用磁场控制电子运动 ,实现高速离子轰击靶材表面,将靶材原子溅射出来并沉积在基材表面形成薄 膜。
工作气体
选择适当的工作气体,如氩气、氮气等,以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
磁控溅射原理课件

适用材料广泛
磁控溅射可以用于多种金属、非金属 材料的镀膜,满足不同应用需求。
03
磁控溅射过程与机制
磁控溅射过程的物理机制
磁场控制电子运动
在磁控溅射过程中,磁场对电子的运动轨迹起到控制作用,使电子在靶材表面附近区域做回旋运动,延长了电子与气 体分子的碰撞时间,提高了离化率。
高速运动的电子与气体分子碰撞
04
磁控溅射技术的研究与发 展
磁控溅射技术的研究现状
国内外研究概况
磁控溅射技术在国内外的科研机构和 大学中得到了广泛的研究和应用,涉 及材料科学、电子学、光学等领域。
实验研究与理论模拟
当前的研究主要集中在实验研究和理 论模拟两个方面,通过实验验证理论 的预测,同时通过理论模拟指导实验 设计和优化。
阳极
通常为金属材料,与阴极相对 ,用于吸引真空室内的电子。
电源系统
提供直流或交流电,以驱动阴 极和阳极之间的电场。
磁控溅射系统的原理
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气体放电
在真空室内,通过电源系 统产生电场,使得气体分 子被电离成带电离子和电 子。
离子加速
带电离子在电场作用下加 速飞向阴极靶材,与靶材 表面原子碰撞并使其溅射 出来。
磁控溅射技术的发展趋势
高效能与环保
随着环保意识的提高和能源的日益紧张,磁控溅射技术正朝着高效能和环保的 方向发展,寻求更低的能耗和更少的废弃物排放。
多功能化
为了满足多样化的需求,磁控溅射技术正朝着多功能化的方向发展,如开发出 适用于不同材料、不同工艺的多功能磁控溅射设备。
磁控溅射技术的前沿问题
新型材料的制备
优良的附着力
由于靶材原子以一定的能量沉积在基片表面,与基片表面 产生较好的附着力。
磁控溅射

中文名称:磁控溅射英文名称:magnetron sputtering定义:在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场,借助于靶表面上形成的正交电磁场,把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率,增加离子密度和能量,从而实现高速率溅射的过程。
百科名片: 磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射,必须有效地提高气体的离化率。
通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。
工作原理:磁控溅射的工作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,其运动轨迹近似于磁控溅射一条摆线。
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的足够动量,离开靶被溅射出来。
种类磁控溅射包括很多种类。
各有不同工作原理和应用对象。
但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。
所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。
靶源分平衡和非平衡式,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。
磁控溅射的名词解释

磁控溅射的名词解释磁控溅射是一种现代先进的薄膜制备技术,它利用离子化的金属原子或分子沉积在材料表面形成均匀而致密的薄膜。
这项技术的应用领域广泛,包括电子元件、太阳能电池、显示器、传感器等,具有优异的薄膜质量和高度可控的成膜过程。
磁控溅射的工艺过程如下:首先,将待沉积的金属或合金样品(称为目标材料)放置在真空室中,并设定适当的工艺参数,如沉积速率、温度等。
然后,通过将真空室抽成一定的真空度,以便在真空中进行溅射。
接下来,施加一定强度的磁场,并在目标素材表面附近放置一个靶极。
这样,当氩离子加速到一定能量后,撞击目标材料表面,使得它释放出离子化的金属原子或分子。
最后,这些离子化的金属原子在磁场的作用下,被引导到基板材料表面,形成一层薄膜。
磁控溅射的独特之处在于其高度可控的薄膜成膜过程。
通过调节工艺参数,例如沉积时间、温度、压力和靶极材料等,可以获得不同的薄膜性质,如厚度、硬度、晶粒度等。
此外,磁场的存在使得目标材料释放出的离子在沉积过程中更易定向,使薄膜成膜更加均匀。
这种可控性不仅能够满足各种应用需求,还可以优化薄膜的功能和性能。
磁控溅射技术具有重要意义的一个方面是其在电子工业中的广泛应用。
在集成电路和芯片制造过程中,磁控溅射可以制备金属导线、电极和隔离层等薄膜元件,用于电路的连接和保护。
此外,磁控溅射还可以制备透明导电膜,用于触摸屏、液晶显示器和光伏电池等光电器件。
这些应用不仅要求薄膜成膜的高质量和可控性,还需要满足特定的电学、光学和机械性能标准。
在太阳能电池领域,磁控溅射可以利用其高度可控的薄膜成膜技术制备多层结构的太阳能电池薄膜。
这种薄膜可以有效吸收和转换太阳光的能量,并将其转化为电能。
磁控溅射技术的应用使得太阳能电池具有更高的光电转换效率和更长的寿命,为可再生能源的发展提供了有力支持。
磁控溅射技术也在光学镀膜领域得到广泛应用。
通过沉积抗反射膜、反射膜和分光镜片等薄膜,可以优化光的传输和反射等特性,提高光学设备的性能和效率。
磁控溅射工作原理

磁控溅射工作原理
磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术,它利用磁场控制等离子
体中的离子运动,从而实现对靶材的溅射和沉积。
磁控溅射工作原
理主要包括离子轰击、溅射、沉积等过程。
下面将详细介绍磁控溅
射的工作原理。
首先,当工作气体(通常是惰性气体,如氩气)被加热并注入
到真空室中时,气体分子会与电子发生碰撞,从而产生等离子体。
接着,通过在靶材表面施加负电压,离子在电场的作用下加速并轰
击靶材表面,使得靶材表面的原子被击出。
这个过程称为离子轰击。
随后,通过在真空室中设置磁场,可以将离子束聚集并限制在
靶材表面附近,从而增加溅射效率。
在磁场的作用下,离子的轨迹
会呈螺旋状,这样可以使得离子更多地击中靶材表面,并提高溅射
效率。
同时,磁场还可以帮助维持等离子体的稳定性,防止等离子
体扩散到其他区域。
最后,被击出的靶材原子在气体的作用下沉积到基板表面,形
成薄膜。
在沉积过程中,通过控制基板的温度和离子轰击的能量,
可以调控薄膜的结构和性能。
此外,通过改变靶材的成分和形状,
还可以实现对薄膜成分和形貌的调控。
总的来说,磁控溅射工作原理是通过控制离子轰击和溅射过程,实现对薄膜沉积的精确控制。
磁场的作用使得离子束聚集并稳定,
从而提高了溅射效率和沉积质量。
因此,磁控溅射在材料科学和工
程领域有着广泛的应用前景,可以制备出具有特定结构和性能的功
能薄膜材料。
磁控溅射

溅射镀膜表面工程是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计,利用表面改性技术、处理技术和涂覆技术,使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
表面工程师改善机械零件、电子电器元件基质材料表面性能的一门科学和技术。
对于机械零件,表面工程主要用于提高零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性、抗疲劳强度等力学性能,以保证现代机械在高速、高温、高压、重载以及强腐蚀介质工况下可靠而持续地进行;对于电子电器元件,表面工程主要用于提高元器件表面的电、磁、声、光等特殊物理性能,以保证现代电子产品容量大、传输快、体积小、高转换率、高可靠性;对于机电产品的包装及工艺品,表面工程主要用于提高表面的耐蚀性和美观性,以实现机电产品优异性能、艺术造型与炫丽外表的完美结合;对生物医学材料,表面工程主要用于提高人造骨骼等人体植入物的耐磨性、耐蚀性,尤其是生物相容性,以保证患者的健康并提高生活质量。
表面工程以各种表面技术为基础。
通常表面工程技术分三类,即表面改性、表面处理和表面涂覆技术。
随着表面工程技术的发展,又出现了复合表面工程技术和纳米表面工程技术。
本文将着重介绍溅射镀膜技术。
溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应,而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上,即溅射离子都来源于气体放电。
不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同。
直流二极溅射利用的是直流辉光放电;三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电;射频溅射是利用射频辉光放电;磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。
溅射是在辉光放电中产生的,因此,辉光放电是溅射的基础。
辉光放电是在真空度约为10-1 Pa的稀薄气体中,两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。
在一定气压下,当阴阳极间所加交流电压的频率增高到射频频率时,即可产生稳定的射频辉光放电。
一般,在5-30 MHz的射频溅射频率下,将产生射频放电。
射频辉光放电有两个重要的特征:第一,在辉光放电空间产生的电子获得了足够的能量,足以产生碰撞电离。
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。
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磁控反应溅射。
就是用金属靶,加入氩气和反应气体如氮气或氧气。
当金属靶材撞向零件时由于能量转化,与反应气体化合生成氮化物或氧化物。
若磁铁静止,其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。
为增大靶材利用率,可采用旋转磁场。
但旋转磁场需要旋转机构,同时溅射速率要减小。
冷却水管。
旋转磁场多用于大型或贵重靶。
如半导体膜溅射。
用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射很方便。
这是因为靶(阴极),等离子体,和被溅零件/真空腔体可形成回路。
但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。
于是人们采用高频电源,回路中加入很强的电容。
这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。
但高频磁控溅射电源昂贵,溅射速率很小,同时接地技术很复杂,因而难大规模采用。
为解决此问题,发明了磁控溅射磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射,必须有效地提高气体的离化率。
通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。
磁控溅射的工作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 和新的电子;新电子飞向基片,Ar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的足够动量,离开靶被溅射出来。
磁控溅射包括很多种类。
各有不同工作原理和应用对象。
但有一共同点:利用磁场与电子交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。
所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。
靶源分平衡和非平衡式,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。
平衡靶源多用于半导体光学膜,非平衡多用于磨损装饰膜。
不管平衡非平衡,若磁铁静止,其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。
为增大靶材利用率,可采用旋转磁场。
但旋转磁场需要旋转机构,同时溅射速率要减小。
旋转磁场多用于大型或贵重靶。
如半导体膜溅射。
用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射很方便。
这是因为靶(阴极),等离子体,和被溅零件/真空腔体可形成回路。
但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。
于是人们采用高频电源,回路中加入很强的电容。
这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。
但高频磁控溅射电源昂贵,溅射速率很小,同时接地技术很复杂,因而难大规模采用。
为解决此问题,发明了磁控反应溅射。
就是用金属靶,加入氩气和反应气体如氮气或氧气。
当金属靶材撞向零件时由于能量转化,与反应气体化合生成氮化物或氧化物。
磁控反应溅射绝缘体看似容易,而实际操作困难。
主要问题是反应不光发生在零件表面,也发生在阳极,真空腔体表面,以及靶源表面。
从而引起灭火,靶源和工件表面起弧等。
原理是一对靶源互相为阴阳极,从而消除阳极表面氧化或氮化。
冷却是一切源(磁控,多弧,离子)所必需,因为能量很大一部分转为热量,若无冷却或冷却不足,这种热量将使靶源温度达一千度以上从而溶化整个靶源。
可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。
磁控溅射靶材的利用率可成为磁控溅射源的工程设计和生产工艺成本核算的一个参数。
对于静态直冷矩形平面靶,即靶材与磁体之间无相对运动且靶材直接与冷却水接触的靶,靶材利用率( 最大值) 数据多在20%~30%左右(间冷靶相对要高一些,但其被刻蚀过程与直冷靶相同,不作专门讨论),且多为估计值。
为了提高靶材利用率,研究出来了不同形式的动态靶,其中以旋转磁场圆柱靶最著名且在工业上被广泛应用,据称这种靶材的利用率最高可超过70%,但缺少足够数据或理论证明。
利用外加磁场捕捉电子,延长和束缚电子的运动路径,搞高离化率,增加镀膜速率。
1)溅射粒子(主要是原子,还有少量离子等)的平均能量达几个电子伏,比蒸发粒子的平均动能kT高得多(3000K蒸发时平均动能仅0.26eV),溅射粒子的角分布与入射离子的方向有关。
(2)入射离子能量增大(在几千电子伏范围内),溅射率(溅射出来的粒子数与入射离子数之比)增大。
入射离子能量再增大,溅射率达到极值;能量增大到几万电子伏,离子注入效应增强,溅射率下降。
(3)入射离子质量增大,溅射率增大。
(4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大,溅射率增大(倾斜入射比垂直入射时溅射率大)。
(5)单晶靶由于焦距碰撞(级联过程中传递的动量愈来愈接近原子列方向),在密排方向上发生优先溅射。
(6)不同靶材的溅射率很不相同。
磁控溅射通常的溅射方法,溅射效率不高。
为了提高溅射效率,首先需要增加气体的离化效率。
为了说明这一点,先讨论一下溅射过程。
当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时,会引起电子发射,在阴极表面产生的这些电子,开始向阳极加速后进人负辉光区,并与中性的气体原子碰撞,产生自持的辉光放电所需的离子。
这些所谓初始电子(primary electrons )的平均自由程随电子能量的增大而增大,但随气压的增大而减小。
在低气压下,离子是在远离阴极的地方产生,从而它们的热壁损失较大,同时,有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极,所引起的损失又不能被碰撞引起的次级发射电子抵消,这时离化效率很低,以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。
通过增大加速电压的方法也同时增加了电子的平均自由程,从而也不能有效地增加离化效率。
虽然增加气压可以提高离化率,但在较高的气压下,溅射出的粒子与气体的碰撞的机会也增大,实际的溅射率也很难有大的提高。
如果加上一平行于阴极表面的磁场,就可以将初始电子的运动限制在邻近阴极的区域,从而增加气体原子的离化效率。
常用磁控溅射仪主要使用圆筒结构和平面结构,这两种结构中,磁场方向都基本平行于阴极表面,并将电子运动有效地限制在阴极附近。
磁控溅射的制备条件通常是,加速电压:300~800V,磁场约:50~300G,气压:1 ~10 mTorr,电流密度:4~60mA/cm ,功率密度:1~40W/cm ,对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm/min到1000nm/min。
同溅射一样,磁控溅射也分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)磁控溅射。
射频磁控溅射中,射频电源的频率通常在50~30MHz。
射频磁控溅射相对于直流磁控溅射的主要优点是,它不要求作为电极的靶材是导电的。
因此,理论上利用射频磁控溅射可以溅射沉积任何材料。
由于磁性材料对磁场的屏蔽作用,溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布,影响溅射效率。
因此,磁性材料的靶材需要特别加工成薄片,尽量减少对磁场的影响。
用圆筒结构和平面结构,如图14.5所示。
这两种结构中,磁场方向都基本平行于阴极表面,并将电子运动有效地限制在阴极附近。
磁控溅射的制备条件通常是,加速电压:300~800V,磁场约:50~300G,气压:1 ~10 mTorr,电流密度:4~60mA/cm ,功率密度:1~40W/cm ,对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm/min到1000nm/min。
同溅射一样,磁控溅射也分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)磁控溅射。
射频磁控溅射中,射频电源的频率通常在50~30MHz。
射频磁控溅射相对于直流磁控溅射的主要优点是,它不要求作为电极的靶材是导电的。
因此,理论上利用射频磁控溅射可以溅射沉积任何材料。
由于磁性材料对磁场的屏蔽作用,溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布,影响溅射效率。
因此,磁性材料的靶材需要特别加工成薄片,尽量减少对磁场的影响。
磁控溅射技术百科名片磁控溅射原理:电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。
二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响,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,该电子的运动路径很长,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,最终沉积在基片上。
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。
电子的归宿不仅仅是基片,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( E X B drift)使单个电子轨迹呈三维螺旋状,而不是仅仅在靶面圆周运动。
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形状。
磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。
在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射,多弧镀靶源,离子源,等离子源等都在次原理下工作。
所不同的是电场方向,电压电流大小而已。
磁控溅射的基本原理是利用Ar一02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(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。
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。
这些低能电子最终沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收,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损伤的根源,体现磁控溅射中极板“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。
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,磁控的作用将大大降低。