河南反应磁控溅射实验室

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。磁控溅射是众多获得高质量的薄膜技术当中使用较普遍的一种镀膜工艺。河南反应磁控溅射实验室

脉冲磁控溅射的分类：（1）单向脉冲：单向脉冲正电压段的电压为零!溅射发生在负电压段。由于零电压段靶表面电荷中和效果不明显。（2）、双向脉冲：双向脉冲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。双向脉冲更多地用于双靶闭合式非平衡磁控溅射系统，系统中的两个磁控靶连接在同一脉冲电源上，两个靶交替充当阴极和阳极。阴极靶在溅射的同时，阳极靶完成表面清洁，如此周期性地变换磁控靶极性，就产生了“自清洁”效应。云南专业磁控溅射分类磁控溅射法实现了高速、低温、低损伤。

磁控溅射体系设备的稳定性，对所生成的膜均匀性、成膜质量、镀膜速率等方面有很大的影响。磁控溅射体系设备的溅射品种有许多，按照运用的电源分，能够分为直流磁控溅射，射频磁控溅射，中频磁控溅射等等。溅射涂层开始显示出简略的直流二极管溅射。它的优点是设备简略，但直流二极管溅射堆积速率低；为了坚持自我约束的排放，它不能在低压下进行；它不能溅射绝缘材料。这样的缺陷约束了它的运用。在直流二极管溅射设备中添加热阴极和辅佐阳极可构成直流三极管溅射。由添加的热阴极和辅佐阳极发生的热电子增强了溅射气体原子的电离作用，因而即便在低压下也能够进行溅射。不然，能够下降溅射电压以进行低压溅射。在低压条件下；放电电流也会添加，并且能够不受电压影响地单独操控。在热阴极之前添加电极（网格状）以形成四极溅射装置能够稳定放电。可是，这些装置难以获得具有高浓度和低堆叠速度的等离子体区域，因而其尚未在工业中普遍运用。

磁控溅射是物理中气相沉积的一种。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、镀膜面积大和附着力强等优点。上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射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。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。磁控溅射是物相沉积的一种。

磁控溅射的原理：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×B所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。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，它们的运动路径不只很长，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的作用下较终沉积在基片上。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。真空磁控溅射镀膜这种工艺可以沉积任何氧化物、碳化物以及氮化物材料的薄膜。河北真空磁控溅射

真空磁控溅射技术是指一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱。河南反应磁控溅射实验室

非平衡磁控溅射的磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不只有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也有由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。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。河南反应磁控溅射实验室

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