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磁控濺射的種類有幾種

來源:中美合資合肥科晶材料技術(shù)有限公司   2022年05月13日 18:16  
  電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞,電離出大量的氬離子和電子,電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材,濺射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響,被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi),該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高,二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運動,該電子的運動路徑很長。
  磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應(yīng)用對象。但有一共同點:利用磁場與電場交互作用,使電子在靶表面附近成螺旋狀運行,從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。
  靶源分平衡和非平衡式,平衡式靶源鍍膜均勻,非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強(qiáng)。平衡靶源多用于半導(dǎo)體光學(xué)膜,非平衡多用于磨損裝飾膜。磁控陰極按照磁場位形分布不同,大致可分為平衡態(tài)和非平衡磁控陰極。平衡態(tài)磁控陰極內(nèi)外磁鋼的磁通量大致相等,兩極磁力線閉合于靶面,很好地將電子/等離子體約束在靶面附近,增加碰撞幾率,提高了離化效率,因而在較低的工作氣壓和電壓下就能起輝并維持輝光放電,靶材利用率相對較高,但由于電子沿磁力線運動主要閉合于靶面,基片區(qū)域所受離子轟擊較小.非平衡磁控濺射技術(shù)概念,即讓磁控陰極外磁極磁通大于內(nèi)磁極,兩極磁力線在靶面不*閉合,部分磁力線可沿靶的邊緣延伸到基片區(qū)域,從而部分電子可以沿著磁力線擴(kuò)展到基片,增加基片區(qū)域的等離子體密度和氣體電離率.不管平衡非平衡,若磁鐵靜止,其磁場特性決定一般靶材利用率小于30%。
  為增大靶材利用率,可采用旋轉(zhuǎn)磁場。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),同時濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶。如半導(dǎo)體膜濺射。對于小型設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備,多用磁場靜止靶源。用磁控靶源濺射金屬和合金很容易,點火和濺射很方便。這是因為靶(陰極),等離子體,和被濺零件/真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體如陶瓷則回路斷了。于是人們采用高頻電源,回路中加入很強(qiáng)的電容。這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。但高頻磁控濺射電源昂貴,濺射速率很小,同時接地技術(shù)很復(fù)雜,因而難大規(guī)模采用。為解決此問題,發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。
  就是用金屬靶,加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮氣或氧氣。當(dāng)金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化,與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易,而實際操作困難。主要問題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面,也發(fā)生在陽極,真空腔體表面,以及靶源表面。從而引起滅火,靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù),很好的解決了這個問題。
  其原理是一對靶源互相為陰陽極,從而消除陽極表面氧化或氮化。冷卻是一切源(磁控,多弧,離子)所必需,因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量,若無冷卻或冷卻不足,這種熱量將使靶源溫度達(dá)一千度以上從而溶化整個靶源。

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