磁控溅射的基本原理是利用Ar一O2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。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压,阳离子在电场的作用下轰击靶材,它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材,因为如果是绝缘体靶材,则由于阳粒子在靶表面积累,造成所谓的“靶中毒”,溅射率越来越低。在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压,电路中等离子体的阻抗会随之改变。吉林多层磁控溅射分类
特殊溅射沉积技术:反应溅射参数与生成物性能的关系:在纯Ar状态下溅射沉积的时纯铝膜,当氮气被引入真空室后,靶面发生变化,随氮气的量不断上升,填充因子下降,膜内AlN含量上升,膜的介质性提高,方块电阻增加,当氮气达到某一值时,沉积膜就是纯的AlN。同时电流不变的条件下,电压下降,沉积速率降低。根据膜的导电性的高低可定性的将反应溅射过程分为两种模式--金属模式和化合物模式,介乎两者之间是过渡区。一般认为膜的方块电阻在1000之下是金属模式,大于几M为化合物模式。由于反应气体量的增加,靶面上会形成一层化合物,薄膜成分变化的同时沉积速率下降当气体量按原来增加量减少时,放电曲线及沉积速率都出现滞后现象。海南反应磁控溅射平台磁控溅射目前是一种应用十分普遍的薄膜沉积技术。
反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。但是,直流反应溅射的反应气体会在靶表面非侵蚀区形成绝缘介质层,造成电荷积累放电,导致沉积速率降低和不稳定,进而影响薄膜的均匀性及重复性,甚至损坏靶和基片。为了解决这一问题,近年来发展了一系列稳定等离子体以控制沉积速率,提高薄膜均匀性和重复性的技术。(1)采用双靶中频电源解决反应磁控溅射过程中因阳极被绝缘介质膜覆盖而造成的等离子体不稳定现象,同时还解决了电荷积累放电的问题。(2)利用等离子发射谱监测等离子体中的金属粒子含量,调节反应气体流量使等离子体放电电压稳定,从而使沉积速率稳定。(3)使用圆柱形旋转靶减小绝缘介质膜的覆盖面积。(4)降低输入功率,并使用能够在放电时自动切断输出功率的智能电源抑制电弧。(5)反应过程与沉积过程分室进行,既能有效提高薄膜沉积速率,又能使反应气体与薄膜表面充分反应生成化合物薄膜。
影响磁控溅射镀膜结果的因素:1、溅射功率的影响,在基体和涂层材料确定的情况下,工艺参数的选择对于涂层生长速率和涂层质量都有很大的影响.其中溅射功率的设定对这两方面都有极大的影响.2、气压的影响,磁控溅射是在低气压下进行高速溅射,为此需要提高气体的离化率,使气体形成等离子体.在保证溅射功率固定的情况下,分析气压对于磁控溅射的影响。磁控溅射镀膜的产品优点:1、几乎所有材料都可以通过磁控溅射沉积,而不论其熔化温度如何;2、可以根据基材和涂层的要求缩放光源并将其放置在腔室中的任何位置;3、可以沉积合金和化合物的薄膜,同时保持与原始材料相似的组成。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、附着力强等优点。
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。国外发明的孪生靶源技术,很好的解决了这个问题。其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。磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜。北京金属磁控溅射分类
有些镀膜要用到射频电源,如功率大,需做好屏蔽处理。吉林多层磁控溅射分类
磁控溅射的原理:靶材背面加上强磁体,形成磁场。在正负电极间施以高的电压产生等离子体,使氩气发生辉光放电。等离子体中的电子在相互垂直的电场和磁场的共同作用下做螺旋式运动,飞向正电极,在运动过程中与氩气原子发生碰撞,产生Ar离子和电子,带负电的电子又在相互垂直的电场和磁场的共同作用下向正电级做螺旋式运动,电子再次与氩气原子发生碰撞,随着碰撞次数的增大,电子的能量逐渐降低,较后落在衬底上,这就使得高速电子对衬底轰击产生的温升大幅度降低。Ar离子向负极加速运动,与靶材发生碰撞。能量适当的Ar离子离子轰击靶材后使得靶材原子脱离靶材表面,较后沉积在衬底上形成薄膜。吉林多层磁控溅射分类
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