反应磁控溅射:以金属、合金、低价金属化合物或半导体材料作为靶阴极,在溅射过程中或在基片表面沉积成膜过程中与气体粒子反应生成化合物薄膜,这就是反应磁控溅射。反应磁控溅射普遍应用于化合物薄膜的大批量生产,这是因为:(1)反应磁控溅射所用的靶材料和反应气体纯度很高,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。(2)通过调节反应磁控溅射中的工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜,通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性。(3)反应磁控溅射沉积过程中基板升温较小,而且制膜过程中通常也不要求对基板进行高温加热,因此对基板材料的限制较少。电离原子更容易与薄膜工艺中涉及的其他粒子相互作用,因此更有可能在基底上沉积。天津高温磁控溅射工艺
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。广东射频磁控溅射用处磁控溅射在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题。
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。
相较于蒸发镀膜,真空磁控溅射镀膜的膜更均匀,那么真空蒸发镀膜所镀出来的膜厚度在中心位置一般会薄一点。因此,由于我们无法控制真空蒸发镀膜的膜层的厚度,而真空磁控溅射镀膜的过程中可通过控制时间长短来控制镀层厚度,所以蒸镀真空镀膜不适应企业大规模的生产。反之,溅射镀膜在这方面就比较有优势了。那么相对于蒸发镀膜来说,真空磁控溅射镀膜除了膜厚均匀与可控灵活的优势之外,还有这些特点:磁控溅射镀的膜层的纯度高,因此致密性好;膜层物料灵活,薄膜可以由大多数材料构成,包括常见的合金、化合物之类的;溅射镀膜的沉积速率较低,整体设备相对复杂一些;真空溅射薄膜与作用基底之间的粘合、附着力很好。磁控溅射法实现了高速、低温、低损伤。
磁控溅射的工艺研究:1、磁场:用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上保持一致,而且磁场强度应当合适。磁场不均匀就会产生不均匀的膜层。磁场强度如果不适当,那么即使磁场强度一致也会导致膜层沉积速率低下,而且可能在螺栓头处发生溅射。这就会使膜层受到污染。如果磁场强度过高,可能在开始的时候沉积速率会非常高,但是由于刻蚀区的关系,这个速率会迅速下降到一个非常低的水平。同样,这个刻蚀区也会造成靶的利用率比较低。2、可变参数:在溅射过程中,通过改变改变这些参数可以进行工艺的动态控制。这些可变参数包括:功率、速度、气体的种类和压强。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。山东专业磁控溅射工艺
在热阴极的前面增加一个电极,构成四极溅射装置,可使放电趋于稳定。天津高温磁控溅射工艺
脉冲磁控溅射工作原理:在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段,在负电压段,电源工作于靶材的溅射,正电压段,引入电子中和靶面累积的正电荷,并使表面清洁,裸露出金属表面。加在靶材上的脉冲电压与一般磁控溅射相同!为400~500V,电源频率在10~350KHz,在保证稳定放电的前提下,应尽可能取较低的频率#由于等离子体中的电子相对离子具有更高的能动性,因此正电压值只需要是负电压的10%~20%,就可以有效中和靶表面累积的正电荷。占空比的选择在保证溅射时靶表面累积的电荷能在正电压阶段被完全中和的前提下,尽可能提高占空,以实现电源的较大效率。天津高温磁控溅射工艺
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