磁控溅射原理
磁控溅射原理
815－TCO
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
outline
磁控溅射原理 磁控溅射分类 直流平面靶溅镀Al电极 中频旋转靶溅镀ZAO和ITO
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三种磁控溅射对比
DC MF RF
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电源价格
靶材 靶材材质要求
便宜
圆靶/矩形靶 导体
一般
昂贵
平面靶/旋转靶 实验室一般用圆平面靶 无限制 无限制
抵御靶中毒能力
靶材利用率 应用
弱
15％ / 30％ 金属
强
30％ / 70％ 金属/化合物
强
工业上不采用此法
易打弧，不稳定 工作稳定， 在反应溅射中要严格 无打弧现象， 控制反应气体流量 溅射速率快
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Al背电极工艺参数
制备方法的选择：采用DC溅射铝平面矩形靶
工艺参数： • 本底真空2~3×10-3Pa • 工作气压～0.3~0.6 Pa • 基片温度 ～200C • 工作电压 • 工作功率密度 • 厚度～500~1000nm
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前、背电极ZAO工艺参数
制备方法的选择：采用MF溅射锌铝合金旋转靶材
工艺参数： • 本底真空4×10-4Pa
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• 工作气压～2.0Pa
• 基片温度 ～200C • 反应气体分压0.15-0.5Pa • 工作电压 • 工作能量密度～9.3W/cm2 • 厚度 前电极800～1000nm
– 金属化合物 – 非金属化合物
• 低温
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影响溅镀效率的因素
• 磁场分布 • 溅射速率 • 沉积速率 • 工作气压
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• 工作电压
• 溅射功率
• 靶基距
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背电极60～100nm
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ITO工艺参数
• 基片温度～330C • 工作电压～115V • 工作气压0.3～0.5Pa
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• 气体中氧含量：15～20％
• 沉积速率15～30nm/min
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•大功率的射频电源价格较高 ，对 于人身防护也成问题 。
射频溅射不适于工业生产应用 。
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直流（DC）磁控溅射
ⅰ. 直流磁控溅射的特点
直流磁控溅射装置图与射频磁 控溅射装置图相比，其不需要外部 复杂的网络匹配装置和昂贵的射频 电源装置，适合溅射导体或者半导 体材料。现已经在工业上大量使用 。
反应溅射中的金属靶中毒
• 金属靶表面不断与反应气体（ O2 等）生成化合物覆盖层从 而使溅射速率大幅度下降甚至不溅射，称之为靶中毒。 • 过多的反应气体（O2等)使金属靶材表面被氧化。 • 任何不稳定因素（如：电弧）都能破坏系统的平衡，导致 靶中毒。 • 在直流溅射中要非常注意溅射参数的控制。 • 使用射频磁控溅射可解决靶中毒问题。 • 使用中频磁控溅射可杜绝靶中毒问题。
中频（MF）磁控溅射
中频孪生旋转靶磁控溅射
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中频（MF）磁控溅射
中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象
Process control: high deposition rate unstable transition mode.
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磁控溅射原理
低频交流辉光放电
在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够的活动能力且有充分的时间，在 每个半周期在各个电极上建立直流辉光放电。其机理基本上与直流辉光放电相 同。
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射频辉光放电
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率增高到射频频率时即可 产生稳定的射频辉光放电。 射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量，所以减小 了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电压。 射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导电体，可以溅射 任何材料，因此射频辉光放电广泛用于介质的溅射。 频率在5～30MHz都称为射频频率。
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磁控溅射分类
• 射频（RF）磁控溅射 • 直流（DC）磁控溅射 • 中频（MF）磁控溅射
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射频（RF）磁控溅射
右图为射频磁控溅射实验装 置示意图。
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磁控溅射原理
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，并在磁 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。
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中频（MF）磁控溅射
中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。 工业上一般使用孪生靶溅射系统。
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中频（MF）磁控溅射
中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形
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射频磁控溅射的特点：
•电流大，溅射速率高，产量大 •膜层与基体的附着力比较强 •向基片的入射能量低，避免了 基片温度的过度升高 •装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、 匹配网络装置与安装、电极冷却 等多种装置部件 。
1-磁极 2-屏蔽罩 3-基片 4-基片加热装置 5-溅射靶 6-磁力线 7-电场 8-挡板 9-匹配网络 10-电源 11-射频发生器
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基片
e -
E
Ar e -
+ Ar+
e -
+ Ar+ 靶材
V (<0)
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磁控溅射原理
一般溅射镀膜的不足
电子在电场力作用下迅速飞向基片表面：
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电子与Ar原子碰撞几率低，Ar离子密度偏低，溅射效率低，成膜速度慢。
电子运动路径短，轰击在基片上速度快，导致基片温度升高。
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ⅱ. 靶材
直流磁控溅射沉积薄膜一般 用平面靶。 圆形平面靶： η≤15%
1-磁极 2-屏蔽罩 4-基片加热装置 6-磁力线 7-电场 3-基片 5-溅射靶 8-挡板
矩形平面靶： η～30%
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直流（DC）磁控溅射
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磁控溅射原理
直流辉光放电
• 右图为直流辉光放电的发光区电位分布 及净空间电荷沿极间距的分布图。 • 靠近阴极有一明亮的发光区，称为阴极 辉光区。 • 电子在阴极暗区发生大量的电离碰撞， 正离子被加速射向阴极。但是正离子的 迁移率远低于电子的迁移率，净空间电 荷呈正值，在阴极表面附近形成一个正 离子壳层。 • 阴极暗区是气体辉光放电的最基本组 成 部分。 • 在负辉光区，电子碰撞气体原子产生强烈的发光。 • 法拉第暗区和正柱区几乎是等电位区，不一定是辉光放电所必需。
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磁控溅射原理
溅射原理
溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量和动量交换的过程。 电子在电场的作用下加速飞 向基片的过程中与Ar原子发 生碰撞，电离出大量的Ar离 子和电子，电子飞向基片， 在此过程中不断和Ar原子碰 撞，产生更多的Ar离子和电 子。Ar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。
• • 电子运动路径变长，与Ar原子碰撞几率增加， 提高溅射效率。 电子只有在其能量将耗尽时才会落到基片上， 基片温度上升慢。
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磁控溅射的优点
• 稳定性好 • 重复性好 • 应用广泛 – 金属
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• 均匀性好
• 高速
– 非金属
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中频（MF）磁控溅射
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TwinMag II
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中频（MF）磁控溅射
一种典型的平面矩形靶
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中频（MF）磁控溅射
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磁控溅射定义和原理
A-B:无光放电区 B-C:汤森放电区 C-D:过渡区 D-E:正常辉光放电区 E-F:异常辉光放电区 F-G:弧光放电区
在“异常辉光放电区”内，电流可以通 过电压来控制，从而使这一区域成为溅射 所选择的工作区域。
形成“异常辉光放电”
的关键是击穿电压VB。
主要取决于二次电子
的平均自由程和阴阳
F m aqE (x,y,z)q vB (x,y,z) B (x,y,z)
其中 mv 2
2B
磁阻力与磁场的梯度成正比, 但方向始终指向梯 度的负向，该力总是阻碍运动电荷从弱磁场向强 磁场区域的运动
氩离子入射不同元素的溅射阈值
500eV下元素溅射率
溅射率随离子入射角度的变化
150eV氩离子轰击下，镍的溅射率和气压的关系
溅射粒子的速度和能量 溅射原子获得比热蒸发大1~2个数量
级的能量在1~10eV之间,它与靶材，入射 离子质量和能量有关。
溅射的优缺点
溅射工艺可重复性较好，膜厚可控制，可以在大面积
2.3 磁控溅射(megnetron sputtering)
2.3.1 磁控溅射原理 磁控溅射是利用磁场束缚电子的运动，
提高电子的离化率。并且与传统溅射相比 具有“低温”、“高速”两大特点。
通过磁场提高溅射率的基本原理由 Penning在60多年前发明，后来由Kay和 其他人发展起来，并研制出溅射枪和柱式 磁场源。1979年Chapin引入了平面磁控 结构。
磁控溅射定义和原理
主要内容
溅射原理
溅射装置
定义 原理 特点
直流溅射 射频溅射 磁控溅射
磁控溅 射实例
镀膜
一、溅射原理
1.1 溅射定义
就像往平静的湖水里投入石子会溅起水 花一样，用高速离子轰击固体表面使固体 中近表面的原子（或分子）从固体表面逸
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。
射频磁控溅射原理
射频磁控溅射原理射频磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光伏和平板显示等领域。
其原理是利用射频场和磁控场来激发靶材并产生离子化的原子或分子，然后将其沉积到基底上形成薄膜。
在这个过程中，射频场和磁控场的作用起着至关重要的作用。
首先，让我们来看一下射频场。
射频场是一种高频交变电场，通过与靶材的相互作用，可以产生离子化的原子或分子。
通常，射频场的频率在几MHz到几十MHz之间，这样的高频交变电场可以将靶材中的原子或分子激发出来，从而形成离子化的物质。
其次，我们再来看一下磁场的作用。
磁场可以用来控制离子的方向和速度，从而使得沉积在基底上的薄膜具有更加均匀的性质。
磁场通常是通过在靶材周围设置一定的磁场来实现的，这样可以将离子聚集在一起，并控制它们与基底的碰撞过程。
在射频磁控溅射过程中，首先在真空室中，放置含有被溅射材料的靶材，通过真空系统将真空室抽成高真空状态。
然后，通过外部加入射频电场和磁场，激发靶材表面的原子或分子，使其离子化。
随后，这些离子在磁场的作用下，被引导到基底上，形成均匀的薄膜。
射频磁控溅射技术有很多优点。
首先，它可以在较低的温度下进行沉积，这对于一些温度敏感的基底是非常重要的。
其次，射频磁控溅射过程中的原子或分子离子化程度高，可以形成致密的薄膜，而且薄膜的结合强度也很高。
此外，由于离子在磁场的作用下可以被定向引导，因此可以形成均匀的薄膜。
然而，射频磁控溅射技术也存在一些问题。
首先，射频场和磁场的调控需要较好的技术水平，否则可能无法形成均匀的薄膜。
其次，由于射频场和磁场可能对其他设备产生干扰，因此对设备的要求也较高。
另外，一些材料并不适合通过射频磁控溅射来进行沉积，这需要进行充分的材料选择。
总的来说，射频磁控溅射技术是一种非常重要的薄膜沉积技术，具有广泛的应用前景。
通过合理的射频场和磁场的设计调控，可以形成致密、均匀的薄膜，满足不同领域对于薄膜材料的要求。
未来，随着材料科学和工艺技术的不断发展，射频磁控溅射技术将会得到更加广泛的应用。
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。
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。
磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控阴极。
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高，但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受离子轰击较小.非平衡磁控溅射技术概念，即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片磁控溅射区域的等离子体密度和气体电离率.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。
磁控溅射.ppt
通过磁场提高溅射率的基本原理由
Penning在60多年前发明，后来由Kay和
其他人发展起来，并研制出溅射枪和柱式
磁场源。1979年Chapin引入了平面磁控
结构。
速度为v的电子在电场E和磁感强度为B
的磁场中将受到洛仑兹力的作用：
F e( E v B )
电荷在均匀电磁场中运动
镜像磁场磁力线分布示意图
地球本身磁场的分布也属于镜像场，在外层空间运 动的带电粒子进入地球磁场影响范围后, 将绕地磁感 应线做变幅螺旋运动, 在两极间来回振荡, 形成有名 的范· 阿伦辐射带即地球大气层中的电离层 。 有时范· 阿伦辐射带中的带电粒子因空间磁场的变化 而在两极附近进入地球大气层，引起极光。
溅射的优缺点
溅射工艺可重复性较好，膜厚可控制，可以在大面积 优点 基片上获得厚度均匀的薄膜。 对于任何材料，只要能做成靶材，就可实现溅射； 溅射所获得的薄膜与基片结合较好； 溅射所获得的薄膜纯度较高，致密性好；
缺点 它的沉积速率低，基片温升高
易受杂质气体影响
二、溅射装置
2.1 直流溅射(DC sputtering)
+
假设t= 0 时电子位于坐标原点并且初速 为零， E、B均为常数， 该方程的解为
运动轨迹为在YOZ 平面内沿Z 轴平行前 进的摆线
电荷在非均匀电磁场中运动
电荷在非均匀磁场中运动除了受到洛伦兹力外,还 要受到一个由于磁场的空间分布不均匀性而引起的磁 阻力
F m a q E ( x, y , z ) q v B( x, y , z ) B( x, y , z )
溅射率和离子能量的关系
Cu膜溅射蒸发速度对粒子数的 分布曲线
磁控溅射镀膜原理
磁控溅射镀膜原理磁控溅射镀膜是一种常用的薄膜制备技术，其原理是利用磁场和电场的作用，将固体靶材溅射成离子，然后沉积在基底表面形成薄膜。
这种技术在光学薄膜、电子器件、光电子器件等领域有着广泛的应用。
下面将详细介绍磁控溅射镀膜的原理。
1. 溅射过程。
在磁控溅射镀膜中，首先将固体靶材置于真空室内，然后通过加热或者其他方式使靶材表面产生蒸汽，同时加入惰性气体，如氩气。
随后，通过加高压力或者磁场的作用，使得靶材表面的原子或分子被击出，形成离子流。
这些离子流在电场的作用下被加速，并沉积在基底表面，形成薄膜。
2. 磁场的作用。
磁场在磁控溅射镀膜中起着至关重要的作用。
磁场可以使得离子流在靶材表面形成环形轨道，从而增加了离子的平均自由程，提高了溅射效率。
此外，磁场还可以调控离子的能量和方向，使得薄膜的成分和结构得以控制。
3. 电场的作用。
电场同样对磁控溅射镀膜有着重要的影响。
电场可以加速离子流，提高溅射速率，同时还可以调控离子的能量和方向，从而影响薄膜的成分和结构。
此外，电场还可以在基底表面引入静电吸附力，促进薄膜的成核和生长。
4. 薄膜的性能。
通过磁控溅射镀膜制备的薄膜具有优良的性能。
由于溅射过程中离子能量较高，因此薄膜的致密性和结晶度较高，具有较好的机械性能和化学稳定性。
同时，磁控溅射还可以制备多层膜和合金膜，从而实现多种功能的薄膜材料。
总结。
磁控溅射镀膜是一种重要的薄膜制备技术，其原理是利用磁场和电场的作用，将固体靶材溅射成离子，然后沉积在基底表面形成薄膜。
磁场和电场在溅射过程中起着至关重要的作用，影响着薄膜的成分和结构。
通过磁控溅射制备的薄膜具有优良的性能，具有着广泛的应用前景。
磁控溅射法制备薄膜原理
磁控溅射法制备薄膜原理介绍磁控溅射法（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术。
通过溅射材料表面的原子或离子，将其沉积在基底表面，形成所需的薄膜。
本文将详细介绍磁控溅射法制备薄膜的原理、操作步骤以及其在工业和科研中的应用。
磁控溅射法原理磁控溅射法利用磁控电子束对溅射材料进行轰击，使其释放出离子或原子，然后通过磁场引导这些离子或原子运动，并沉积在基底表面。
主要原理包括：溅射、离子化、束流调制以及沉积等过程。
溅射溅射是磁控溅射法的核心过程，其基本原理是利用高能离子或原子轰击溅射靶材表面，使溅射材料从靶材上脱落，并在经过磁场引导后沉积在基底上。
溅射材料的选择对薄膜质量和性能有重要影响。
离子化离子化是通过加速电压将气体轰击成离子。
常用的气体有氩气、氙气等，其离子化过程是由靶材上脱落的原子或分子迅速与气体分子碰撞，产生离子。
束流调制束流调制是通过磁场控制离子或原子运动轨迹，使其保持较高的能量和较小的散射角度，提高薄膜沉积速率和均匀性。
沉积沉积是将离子或原子沉积在基底表面，形成薄膜的过程。
沉积速率、沉积温度和沉积时间等因素会影响薄膜的结构和性能。
操作步骤磁控溅射法制备薄膜的操作步骤包括溅射室准备、真空抽取、靶材装载、参数调节、离子清洗、薄膜沉积等。
溅射室准备在开始溅射制备薄膜之前，需要清洁溅射室，并确保各个部件都处于良好状态。
同时，调整靶材位置和磁场强度，以便实现高质量的溅射过程。
真空抽取将溅射室进行真空抽取，以排除其内部的气体和杂质。
真空程度通常需要达到纳帕级别或更高，以确保薄膜制备过程不受外界气体的干扰。
靶材装载将待溅射的靶材装载至溅射室，并固定在相应的位置上。
靶材的选择应根据所需薄膜的组成和性能来确定。
参数调节根据所需薄膜的要求，调节溅射气体流量、溅射功率、离子能量和沉积速率等参数。
不同的参数会对薄膜的成分、结构和性能产生不同的影响。
离子清洗在沉积薄膜之前，常常需要进行离子清洗，以去除基底表面的气体和杂质。
射频磁控溅射原理
射频磁控溅射原理射频磁控溅射是一种化学气相沉积技术，用于在基板上制备薄膜。
它基于电磁学原理，利用磁场的作用将离子引导到目标表面，以产生化学反应。
本文将详细介绍射频磁控溅射的工作原理和用途。
1. 工作原理射频磁控溅射的工作原理可以分为四个步骤：预处理、溅射、沉积和热处理。
首先，在预处理步骤中，基板被清洗，并通过降温系统使其表面温度保持在低温状态。
这是为了确保基板表面的预处理化学物质可以很好地与基板表面结合。
接下来，在溅射步骤中，在溅射室中加入气体，例如氧气或氮气，为后续的热处理步骤提供压力。
在第三步中，利用射频（高频）源产生的电场，使靶材表面产生等离子体，并通过与五极磁场相互作用，导致靶材表面被剥离或磨损。
这使得靶材上的材料以原子形式释放出来，飞入气氛中并在基板上形成薄膜。
靶材的组成材料不同，溅射出来的薄膜成分也会有所不同。
在最后一步中，薄膜被放入热处理器中进行退火处理，使其在化学和结构上更均匀，从而提高膜层的性能和质量。
这个步骤也可以通过改变沉积参数来调整膜层的成分、厚度和形态。
2. 应用领域射频磁控溅射技术已广泛应用于太阳能、平板显示器、光伏、半导体、磁存储器件、信息技术和生物医药等领域。
在太阳能领域，射频磁控溅射被用来合成硅薄膜太阳能电池。
这是一种非晶硅薄膜太阳能电池，其制备过程比传统的硅单晶太阳能电池简化了很多。
在平板显示器领域，射频磁控溅射技术可用于制备电极、蓝色和绿色LED材料和透明导电膜。
在光伏领域，射频磁控溅射技术已被广泛应用于制备无机电子材料，如铜铟硒薄膜太阳能电池的镀铜铟（CIGS）薄膜。
在半导体领域，射频磁控溅射可用来制备氮化硅（SiN）和氧化钼（MoOx）等复合材料，其应用于排放氯气的腐蚀加工中。
在磁存储器件领域，射频磁控溅射被用来制备磁性材料和多层膜形式的磁头。
在信息技术领域，射频磁控溅射可用于制备铜导体和多层器件的集成线路。
在生物医药领域，射频磁控溅射技术已被用于制备金属表面蛋白质以用于制造活性原蛋白。