(完整版)磁控溅射靶材中毒
磁控溅射的原理及应用
磁控溅射的原理及应用1. 什么是磁控溅射磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，通过利用磁场将材料原子或离子从靶材表面释放出来，形成一个薄膜层，沉积在基底表面上的一种方法。
这种方法可以在真空环境中进行，可以用于各种材料包括金属、合金、氧化物等。
2. 磁控溅射的原理磁控溅射的原理基于带电粒子在磁场中的运动规律。
溅射系统通常由一个靶材和一个基底组成，它们被放置在真空室中。
磁控溅射的过程包括以下几个步骤：1.靶材表面被离子轰击，其中的原子或离子被释放出来。
2.磁场控制离子在真空室中的运动轨迹。
3.基底表面上的原子或离子吸附并形成一个薄膜层。
这个过程中，磁场是十分重要的。
磁场会引导离子沿着特定的轨迹运动，使得离子沉积在基底的特定位置上。
磁场还可以控制离子的能量和方向，从而影响薄膜的性质和微结构。
3. 磁控溅射的应用磁控溅射是一种多功能的薄膜沉积技术，广泛应用于各种领域。
3.1 表面涂层磁控溅射可以用于向基底表面沉积各种薄膜层。
这些薄膜层可以具有不同的功能，如防腐、耐磨、导电等。
它们可以用于改善材料的性能和外观。
3.2 光学薄膜磁控溅射可以制备高质量的光学薄膜。
这些薄膜可以应用于光学器件，如镜片、滤光片、反射镜等。
因为磁控溅射是在真空环境中进行的，所以这些光学薄膜可以具有良好的光学性能。
3.3 金属薄膜磁控溅射可以制备金属薄膜。
这些薄膜可以具有高导电性和优良的机械性能，可用于电子器件、导电材料等领域。
3.4 磁性材料磁控溅射还可以制备磁性材料薄膜。
这些薄膜可以具有特定的磁性性能，如高矫顽力、高饱和磁感应强度等。
它们可以应用于磁存储器件、传感器等领域。
4. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜沉积技术，通过利用磁场控制离子运动和沉积位置，可以制备各种功能薄膜。
它在表面涂层、光学薄膜、金属薄膜和磁性材料等领域有着广泛的应用。
磁控溅射技术的发展，为材料科学和工程领域提供了新的可能性，为各种应用提供了高性能的薄膜材料。
磁控溅射技术的原理及应用
磁控溅射技术的原理及应用1. 磁控溅射技术简介磁控溅射技术是一种常用的薄膜沉积技术，通过将金属靶材溅射生成粒子或原子，在表面形成均匀且致密的薄膜覆盖层。
磁控溅射技术具有高效、环保、可控厚度等特点，广泛应用于材料科学、半导体制造、光学镀膜等领域。
2. 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术基于电离溅射原理，通过磁场控制靶材离子的行为，使其垂直击打到靶材表面，从而产生溅射现象。
主要的原理包括以下几个方面：•靶材电离：在磁控溅射设备中，将靶材通电，使其产生离子。
电离的方式包括直流电离、射频电离等，通过电离可使靶材中的金属原子或粒子脱离束缚并形成等离子体。
•磁场控制：通过磁铁或电磁铁产生磁场，使得等离子体中的离子在磁场的作用下呈现螺旋轨道运动。
磁场对离子运动的控制可改变其飞行路径，使其垂直击打到靶材表面，并增加溅射效率。
•沉积膜形成：靶材表面被离子击打后，产生大量的金属原子或粒子，它们在靶材表面扩散并沉积形成均匀的薄膜。
溅射过程中的离子能量、离子束流密度等参数的调控可以影响薄膜的组成、结构和性能。
3. 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术具有广泛的应用领域和潜力，主要包括以下几个方面：3.1 材料科学•薄膜制备：磁控溅射技术可以制备各种材料的薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
这些薄膜具有良好的致密性和附着力，在材料科学领域中起着重要作用。
•合金制备：通过磁控溅射技术，可以将两种或多种材料溅射在一起，制备出各种复合材料或合金。
这些合金具有独特的力学、电磁等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
3.2 半导体制造•集成电路制备：磁控溅射技术可以制备半导体材料的薄膜，作为集成电路的关键材料。
薄膜的制备过程中可以调控其成分和结构，从而改变其电学、光学等性能，满足集成电路的需求。
•光罩制备：在半导体工艺中，磁控溅射技术还可以制备光罩。
光罩是半导体制造中的重要工艺设备，用于制作集成电路的图案，对半导体工艺的精度和稳定性要求非常高。
关于磁控溅射发展历程的综述
磁控溅射1852年，格洛夫（grove）发现阴极溅射现象，自此以后溅射技术就开始建立起来了！磁控溅射沉积技术制取薄膜是上世纪三四十年代发展起来的，由于当时的溅射技术刚刚起步，其溅射的沉积率很低，而且溅射的压强基本上在1pa以上，因此溅射镀膜技术一度在产业话的竞争中处于劣势。
1963年，美国贝尔实验室和西屋电气公司采用长度为10米的连续溅射镀膜装置。
1974年，j.chapin发现了平衡磁控溅射。
这些新兴发展起来的技术使得高速、低温溅射成为现实，磁控溅射更加快速地发展起来了，如今它已经成为在工业上进行广泛的沉积覆层的重要技术，磁控技术在许多应用领域包括制造硬的、抗磨损的、低摩擦的、抗腐蚀的、装潢的以及光电学薄膜等方面具有重要的影响。
磁控溅射的发展历程：溅射沉积是在真空环境下，利用等离子体中的荷能离子轰击靶材表面，使靶材上的原子或离子被轰击出来，被轰击出的粒子沉积在基体表面生长成薄膜。
溅射沉积技术的发展历程中有几个具有重要意义的技术创新应用，现在归结如下：（1）二级溅射：二级溅射是所有溅射沉积技术的基础，它结构简单、便于控制、工艺重复性好主要应用于沉积原理的研究，由于该方法要求工作气压高（>1pa）、基体温升高和沉积速率低等缺点限制了它在生产中的应用。
（2）传统磁控溅射（也叫平衡磁控溅射）：平衡磁控溅射技术克服了二级溅射沉积速率低的缺点，使溅射镀膜技术在工业应用上具有了与蒸发镀膜相抗衡的能力。
但是平衡磁控溅射镀膜同样也有缺点，它的缺点在于其对二次电子的控制过于严密，使等离子体被限制在阴极靶附近，不利于大面积镀膜。
（3）非平衡磁控溅射：B.Window在1985年开发出了“非平衡磁控溅射技术”，它克服了平衡磁控溅射技术的缺陷，适用于大面积镀膜。
并且在上世纪90年代前期，在非平衡磁控溅射的基础上发展出了闭合非平衡系统（CFUBMS），采用多个靶以及非平衡结构构成的闭合磁场可以对电子进行有效地约束，使整个真空室的等离子体密度得以提高。
磁控溅射原理
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。
磁控溅射工艺
磁控溅射工艺
磁控溅射工艺是一种常用的薄膜制备技术，利用高能量的离子束轰击材料表面，使其原子或分子从材料中剥离，并在真空中沉积到基底上形成薄膜。
磁控溅射工艺主要由以下几个步骤组成：
1. 原材料制备：将所需的材料制成均匀的块状，并将其放在磁控溅射靶材上。
2. 系统抽真空：将磁控溅射室抽真空，以获得高度清洁、无尘的加工环境。
3. 加热：在真空条件下对靶材进行加热处理，使其达到所需的激活温度。
4. 激活：使用高能离子束轰击靶材表面，将其原子或分子从靶材中剥离，并沉积到基底表面上。
5. 结晶：经过一定时间的沉积后，薄膜开始结晶形成晶体结构。
6. 薄膜完整性测试：对形成的薄膜进行缺陷和完整性测试，以确定其质量和可靠性。
磁控溅射工艺具有制备薄膜结构、成分均匀、密度高、粗糙度小等优点，广泛应用于电子器件、工具涂层、太阳能电池等领域。
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。
磁控溅射的原理和应用
磁控溅射的原理和应用1. 概述磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，通过在真空环境下利用磁控电弧放电，在靶材表面产生等离子体并溅射到基底表面，形成薄膜覆盖层。
本文将介绍磁控溅射的原理和应用。
2. 原理磁控溅射的原理基于磁控电弧放电和溅射现象。
2.1 磁控电弧放电磁控电弧放电是利用磁场将电弧限制在靶材表面的一种放电方式。
它通过施加磁场，使电子在磁场力的作用下做螺旋状的运动，从而形成长度较长的电弧，能够保持稳定的放电状态。
2.2 溅射现象溅射现象是指在电弧放电过程中，高速冲击电子将靶材表面的原子或分子击出，并以原子或离子的形式沉积在基底表面。
这种溅射现象是磁控溅射薄膜制备的基础。
3. 设备和工艺3.1 设备磁控溅射设备主要由真空腔体、靶材、基底台、磁场系统、电极和电源等组成。
真空腔体用于提供真空环境，靶材是溅射源，基底台用于支撑待溅射的基底材料。
3.2 工艺磁控溅射工艺包括电弧放电、离子热化、溅射和沉积等步骤。
首先，通过施加适当的电流和电压，在靶材上形成电弧放电；然后，通过引入反离子束进行离子热化，使靶材表面清洁；接下来，激活靶材表面的原子或离子开始溅射；最后，溅射的原子或离子在基底表面沉积，形成薄膜层。
4. 应用磁控溅射技术在各个领域都有广泛的应用，如下所示：•光学薄膜：磁控溅射技术可用于制备光学薄膜，如反射镜、透镜等。
通过控制溅射参数和靶材的选择，可以调控薄膜的光学性能。
•电子元器件：磁控溅射技术可用于制备电子元器件的金属导电层或绝缘层。
这些薄膜可以提供电子元器件的功能和保护。
•太阳能电池：磁控溅射技术可用于制备太阳能电池的薄膜层。
这些薄膜层可以提高太阳能电池的光吸收和电子传输效率。
•防护涂层：磁控溅射技术可用于制备具有防护功能的涂层。
这些涂层可以提供对外界环境的防腐、防蚀等保护。
5. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜制备技术，其原理基于磁控电弧放电和溅射现象。
通过磁控溅射技术，可以制备具有不同性质的薄膜，并在光学、电子、能源等领域得到广泛应用。
真空磁控溅射法
真空磁控溅射法真空磁控溅射法是一种常用的薄膜制备技术，通过在真空环境下利用磁场和离子束激发靶材，将靶材原子或分子溅射到基底上，形成薄膜。
本文将从原理、设备、应用等方面介绍真空磁控溅射法。
一、原理真空磁控溅射法基于溅射原理，即利用离子束轰击靶材表面，使靶材原子或分子脱离并沉积在基底表面。
通过在溅射过程中引入磁场，可以增加离子束的密度和能量，提高溅射效率和薄膜质量。
离子束的加速和聚焦通过磁控装置实现，可以调节溅射速率、薄膜成分和微观结构。
二、设备真空磁控溅射设备主要包括真空系统、溅射室、靶材、磁控装置和基底台等组成部分。
真空系统用于提供高真空环境，避免气体干扰；溅射室是溅射过程的主要空间，内部有靶材和基底台；靶材是溅射的原料，可以是金属、合金、氧化物等；磁控装置用于产生磁场，调节离子束的轨迹和能量；基底台用于承载基底，使其能够与离子束相互作用。
三、过程真空磁控溅射的过程主要包括靶材准备、基底处理、真空抽气、溅射沉积等步骤。
靶材在溅射前需要经过加热或退火处理，以提高其结晶度和纯度。
基底需要清洗和处理，去除表面污染物和氧化物。
真空抽气过程是为了创造高真空环境，减少气体分子对溅射过程的干扰。
溅射沉积过程中，通过控制离子束的能量和角度，使溅射物质均匀沉积在基底表面，形成所需薄膜。
四、应用真空磁控溅射法广泛应用于薄膜材料制备和表面改性等领域。
在光电子器件中，可以利用真空磁控溅射法制备导电薄膜、光学薄膜和磁性薄膜等。
在太阳能电池领域，可以利用该技术制备各种吸光层和透明电极。
在显示器件中，可以利用真空磁控溅射法制备透明导电薄膜和液晶配向膜。
此外，真空磁控溅射也可以用于制备防腐蚀涂层、摩擦减磨涂层和硬质涂层等。
真空磁控溅射法是一种重要的薄膜制备技术，具有较高的溅射效率和薄膜质量。
通过调节溅射参数和控制离子束的能量和角度，可以实现对薄膜成分和微观结构的精确控制。
真空磁控溅射在光电子器件、太阳能电池、显示器件等领域具有广泛应用前景。
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磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？
A:第一：靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反
应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热
必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。在真空条件下气体之间不可能进
行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。反应溅射生成物在靶表面、基片表面、
和其他结构表面进行。在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是
资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更
多化合物原子的障碍。
第二：靶中毒的影响因素
影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。反应
溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而
重新暴露金属表面此消彼长的过程。如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合
物覆盖面积增加。在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率
增加。如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，
化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合
物全部覆盖的时候，靶完全中毒。
第三：靶中毒现象
(1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻
挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极
溅射无法进行下去。（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达
阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。
第四：靶中毒的物理解释
（1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是
金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降
低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。从而降低了溅射速率。一般情况下磁控溅射的溅射
电压在400V-600V之间，当发生靶中毒时，溅射电压会显著降低。（2）金属靶材与化合
物靶材本来溅射速率就不一样，一般情况下金属的溅射系数要比化合物的溅射系数高，所以
靶中毒后溅射速率低。（3）反应溅射气体的溅射效率本来就比惰性气体的溅射效率低，所
以反应气体比例增加后，综合溅射速率降低。
第五：靶中毒的解决办法
（1）采用中频电源或射频电源。（2）采用闭环控制反应气体的通入量。（3）采用孪生靶
（4）控制镀膜模式的变换：在镀膜前，采集靶中毒的迟滞效应曲线，使进气流量控制在产
生靶中毒的前沿，确保工艺过程始终处于沉积速率陡降前的模式。
B:靶表面金属原子溅射比较容易，当把表面变为金属氧化物再溅射就不容易。一般需要射频
溅射。
离子轰击使靶表面金属原子变得非常活泼，加上靶温升高，使靶表面反应速率大大增加。这
时靶面同时进行着溅射和反应生成化合物两种过程。如果溅射速率大于化合物生成率，靶就
处于金属溅射态；反之，反应气体压强增加或金属溅射速率减少，靶就可能突然发生化合物
形成速率超过溅射速率而停止溅射。
为了减轻靶中毒现象，技术人员常用以下方法解决：（1）将反应气体和溅射气体分别送到
基片和靶附近，以形成压强梯度；（2）提高排气速率；（3）气体脉冲导入；（4）等离子
体监视等。
C:靶中毒是由于在溅射过程中带正电的离子聚集在靶表面，没有得到中和，出现靶表面负偏
压逐步下降，最后干脆罢工不工作了，这就是靶中毒现象。
D:靶材中毒主要原因是介质合成速度大于溅射产额（氧化反应气体通入太多），造成导体靶
材丧失导电能力，只有提高击穿电压，才能起辉，电压过高容易发生弧光放电。现象：靶电
压长时间不能达到正常，一直处于低电压运行状态，并伴有弧光放电；靶表面呈现白色附着
物或密布针状灰色放电痕迹。若要彻底杜绝靶中毒，必须用中频电源或射频电源代替直流电
源；减少反应气体的通入量、提高溅射功率，清理靶材上的污染物（特别是油污）、选用真
空性能好的防尘灭弧罩等方法均可有效防止靶中毒现象的发生。靶材内冷却水浸泡的磁铁,
有污渍，只要磁场强度足够，冷却效果良好，对靶材影响不大。
E:
污渍影响不大~打火是有绝缘部位造成的，一般是局部中毒或者赃物。靶材中毒是因为
功率密度太低，相对于过量的反应气体不能及时蒸发掉（或溅射），会残留靶材表面，造成
导电性能下降，从而进入中毒状态。轻者无法起辉光，重者报废电源~