磁控溅射就是在外加电场的两极之间引入一个磁场。这个磁场使得电子受到洛伦兹力的束缚作用,其运动路线受到控制,因此大幅度增加了电子与Ar分子(原子)碰撞的几率,提高了气体分子的电离程度,从而使溅射效率得到很大的提升。溅射现象自发现以来己被普遍应用在多种薄膜的制备中,如制备金属、半导体、合金、氧化物以及化合物半导体等。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。磁控溅射在技术上可以分为直流(DC)磁控溅射、中频(MF)磁控溅射、射频(RF)磁控溅射。磁控溅射粉体镀膜技术已经实现了银包铜粉、银包铝粉、铝包硅粉等多种微纳米级粉体的量产。辽宁直流磁控溅射方案
平衡磁控溅射即传统的磁控溅射,是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈,在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。沉积室充入一定量的工作气体,通常为Ar,在高压作用下Ar原了电离成为Ar+离子和电子,产生辉光放电,Ar+离子经电场加速轰击靶材,溅射出靶材原子、离子和二次电子等。电子在相互垂直的电磁场的作用下,以摆线方式运动,被束缚在靶材表面,延长了其在等离子体中的运动轨迹,增加其参与气体分子碰撞和电离的过程,电离出更多的离子,提高了气体的离化率,在较低的气体压力下也可维持放电,因而磁控溅射既降低溅射过程中的气体压力,也同时提高了溅射的效率和沉积速率。天津单靶磁控溅射工艺在各种溅射镀膜技术中,磁控溅射技术是较重要的技术之一。
非平衡磁控溅射系统有两种结构,一种是其芯部磁场强度比外环高,磁力线没有闭合,被引向真空室壁,基体表面的等离子体密度低,因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度,磁力线没有完全形成闭合回路,部分外环的磁力线延伸到基体表面,使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域,同时再与中性粒子发生碰撞电离,等离子体不再被完全限制在靶材表面区域,而是能够到达基体表面,进一步增加镀膜区域的离子浓度,使衬底离子束流密度提高,通常可达5mA/cm2以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源,基体离子束流密度与靶材电流密度成正比,靶材电流密度提高,沉积速率提高,同时基体离子束流密度提高,对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。
直流磁控溅射所用的电源是直流高压电源,通常在300~1000V,特点是溅射速率快,造价低,后期维修保养廉价。可是只能溅射金属靶材,假如靶材是绝缘体,随着溅射的深化,靶材会聚集很多的电荷,导致溅射无法持续。因而关于金属靶材通常用直流磁控溅射,因为造价廉价,结构简略,目前在工业上使用普遍。脉冲磁控溅射是采用脉冲电源或者直流电源与脉冲生成装置配合,输出脉冲电流驱动磁控溅射沉积。一般使用矩形波电压,既容易获得又有利于研究溅射放电等离子体的变化过程。工作模式与中频溅射。射频溅射采用射频光放电,磁控溅射采用环磁场控制的光放电。
磁控溅射的工艺研究:1、功率:每一个阴极都具有自己的电源。根据阴极的尺寸和系统设计,功率可以在0~150KW之间变化。电源是一个恒流源。在功率控制模式下,功率固定同时监控电压,通过改变输出电流来维持恒定的功率。在电流控制模式下,固定并监控输出电流,这时可以调节电压。施加的功率越高,沉积速率就越大。2、速度:另一个变量是速度。对于单端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0~600英寸之间选择。对于双端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0~200英寸之间选择。在给定的溅射速率下,传动速度越低则表示沉积的膜层越厚。3、气体:较后一个变量是气体,可以在三种气体中选择两种作为主气体和辅气体来进行使用。能够控制镀层的厚度,同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小。贵州双靶磁控溅射用途
磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。辽宁直流磁控溅射方案
磁控溅射的溅射技术:直流溅射法:直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料。因为轰击绝缘靶材时,表面的离子电荷无法中和,这将导致靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离的机会将变小,甚至不能电离,导致不能连续放电甚至放电停止,溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材,须用射频溅射法。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程:入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞,入射粒子的一部分动能会传给靶材原子;某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒,从而从晶格点阵中被碰撞出来,产生离位原子;这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞,产生碰撞级联;当这种碰撞级联到达靶材表面时,如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能,这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。辽宁直流磁控溅射方案
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