磁控溅射原理介绍(英文)
磁控溅射系统介绍perfect
一、设备介绍
磁控溅射一般包括直流溅射和射频溅射，其优点
是溅射速率高、均匀性好以及良好的台阶覆盖性。目
前已经成为最常用的一种薄膜制备方法源自适用于多种金属及非金属的薄膜沉积。
应用领域： 1 ）所有类型的金属及介质膜的沉积
（晶片、陶瓷片、玻璃板以及磁头）；2）光学薄膜
及磁性薄膜沉积； 3）脉冲直流电源硬质薄膜沉积以 及等离子放电反应性溅射等。
课题意义
• 磁控溅射是制备薄膜材料的重要的方法，其优点 是靶材的溅射速率高、薄膜的均匀性好以及良好 的台阶覆盖性。目前已经成为实验室和工业上普 遍采用的薄膜制备方法，适用于多种金属及非金 属的薄膜沉积。 • 磁控溅射镀膜是材料科学研究人员及学生应该掌 握的基本技能。但受实验条件、实验成本的限制， 材料物理专业的学生不可能人人亲自动手操作磁 控溅射仪进行薄膜制备实验，因此我们制作了这 套《磁控溅射仪的使用》音像教材，向大家简要 介绍磁控溅射仪的原理，演示实验操作过程，并 说明操作中的注意事项。本教材可供培训、观摩 之用，希望有助于大家实验技能的培养和提高。
基 片
薄膜 物质 输运 能量 输运
块状材料 (靶材)
磁场对溅射的影响
二次电子在加速飞向基片的过程中 受到磁场洛仑茨力的影响，被束缚 在靠近靶面的等离子体区域内，该 区域内等离子体密度很高，二次电 子在磁场的作用下围绕靶面作圆周 运动，在运动过程中不断的与氩原 子发生碰撞电离出大量的氩离子轰 击靶材，经过多次碰撞后电子的能 量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚， 远离靶材，最终沉积在基片或真空 室内壁及靶源阳极上。 磁控溅射的 特殊之处就是以磁场束缚并延长了 电子的运动路径，从而大大提高了 工作气体的电离率并有效利用了电 子的能量。
磁控溅射音像教材
pvd磁控溅射原理
pvd磁控溅射原理PVD磁控溅射简介PVD磁控溅射（Physical Vapor Deposition Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术。
它能够在材料表面沉积一层精密、均匀的薄膜，具有广泛的应用领域。
原理PVD磁控溅射利用高能粒子撞击物质表面，使得物质从源材料蒸发、溅射并沉积在基底上。
以下是PVD磁控溅射的主要原理：1. 原始材料选择合适的源材料作为溅射靶材。
这些靶材通常是纯净且具有较高的密度，以保证沉积薄膜的质量。
2. 气氛控制通过调节气氛组成和压力来控制溅射过程中的气氛。
常用的气体有氩、氮等，其主要作用是保持反应室内的稳定环境。
3. 溅射过程在反应室内，将源材料靶材放置于阴极位置，并加上高压电源，形成磁场。
这个磁场激活了准直磁控电子束，使其环绕靶材运动。
电子束激发了靶材原子，使其脱离靶材并向基底表面运动。
4. 沉积薄膜溅射的源材料原子在运动过程中与基底表面相互冲击结合，形成薄膜沉积。
这些原子在基底表面形成结晶或非晶的薄膜结构。
应用PVD磁控溅射技术广泛应用于以下领域：•光电子学：制备光学薄膜，如反射层、透镜等。
•显示技术：用于制造液晶显示器、有机发光二极管（OLED）等。
•硬盘制造：用于制备磁性材料薄膜，如磁头、磁盘等。
•太阳能电池：制造多层薄膜太阳能电池。
•汽车工业：用于制备汽车玻璃涂层、汽车内部装饰等。
优缺点PVD磁控溅射技术具有以下优点和缺点：优点•薄膜均匀性好，可控性强。
•溅射速率可调节，适合制备不同厚度的薄膜。
•可制备多种材料薄膜，针对不同应用需求。
•薄膜在界面附着力强，具有较好的耐久性。
缺点•靶材利用率低，需定期更换。
•受制于靶材材料的限制，无法制备非金属或高熔点材料薄膜。
•沉积速率较慢，需要较长的时间。
综上所述，PVD磁控溅射技术是一种重要的薄膜制备方法。
它在各个领域都有广泛的应用，并呈现出许多独特的优点。
随着科学技术的不断发展，PVD磁控溅射技术将在未来发挥更大的作用。
磁控溅射原理
磁控溅射（Magnetron Sputtering）原理磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。
膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。
氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。
磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。
在电场的作用下，电子向基片运动，在运动过程中，电子与充入的气体原子相互碰撞，使得电离得到离子以及一个电子，新的电子同样在电场的作用下，向基片运动，而得到的离子在电场的加速作用下，高能量轰击靶材，溅射靶材料。
溅射的粒子中，包括电子、离子以及中性粒子。
其中溅射出的中性粒子，具有一定的能量，在基片上沉积，形成薄膜。
其中溅射得到的电子也称为二次电子，二次电子受到电场和磁场的相互作用。
而在阴极暗区，二次电子只受到电场的作用，在负辉区，二次电子只受到磁场作用。
二次电子在靶材表面受到电场加速作用，然后以一定的速度进入负辉区，同时，二次电子的速度是垂直于磁场方向的，因此就受到洛伦兹力的作用，在向心力的作用下，做顺时针旋转运动。
当旋转过半周后，二次电子由负辉区进入阴极暗区，在电场的作用下，做减速运动，直至降至零。
然后，电子在电场的作用下，反响加速，再次进入负辉区，再次做圆周运动。
二次电子在靶材表面螺旋前进，这样增加了电子的运动路径，使得二次电子被束缚在靶材表面，增加了与气体原子的碰撞几率，能够电离出更多的离子来轰击靶材，提高溅射速率。
同时由于碰撞次数的增多，二次电子的能量降低，逐渐远离靶材表面，最终在电场的作用下，沉积到基片上，由于电子的能量很小，对基片的温度影响很小。
磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态，这对单晶和塑料基板具有重要的意义。
磁控溅射可用DC和RF放电工作，故能制备金属膜和介质膜。
详情请参考/entry/8463781/。
ecr磁控溅射原理
ecr磁控溅射原理ECR磁控溅射原理什么是ECR磁控溅射？ECR磁控溅射（Electron Cyclotron Resonance Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，它利用电子回旋共振效应和磁控溅射技术相结合，能够在低温下制备高质量的薄膜。
下面将介绍ECR磁控溅射的工作原理及其应用。
电子回旋共振效应电子回旋共振效应是指当带有准确频率的外加射频电场作用于等离子体中自由电子时，电子会在磁场的引导下形成一个稳定的轨道运动。
这种回旋共振现象可以让电子获得足够的能量和速度，从而具备溅射衬底表面的能力。
磁控溅射技术磁控溅射是利用电子轨道高度控制的特点，通过磁场将惰性气体（如氩气）离子化，形成等离子体，并加速氩离子轰击靶材产生溅射。
溅射的靶材会被氩离子击中并释放出原子或分子，然后在真空中沉积到衬底表面形成薄膜。
ECR磁控溅射原理ECR磁控溅射利用强大的射频电磁场与静磁场相互作用，使电子在磁场中回旋共振，得到足够的能量后，将能量传递给惰性气体成为等离子体。
在等离子体的作用下，靶材表面的原子或分子被离子击中并溅射，最终形成薄膜。
ECR磁控溅射的优势•低温制备：ECR磁控溅射的工作温度相对较低，可以制备高熔点材料薄膜。
•高纯度薄膜：由于只有靶材物质被击中溅射，薄膜的纯度较高。
•高沉积速率：ECR磁控溅射能够提供较高的离子能量和流密度，导致较高的沉积速率。
•薄膜质量优良：ECR磁控溅射制备的薄膜具有较高的致密性、较好的附着力和较小的残余应力。
ECR磁控溅射的应用ECR磁控溅射技术广泛应用于微电子器件、光学薄膜、磁性薄膜、超硬涂层等领域。
各种功能薄膜的制备都可以采用ECR磁控溅射技术进行，如导电膜、阻障膜、光学反射膜等，满足了不同应用领域对薄膜性能要求的多样化需求。
ECR磁控溅射技术的发展不仅拓展了薄膜制备的领域，还为多种先进功能材料的研究提供了强有力的工具和手段。
未来随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，ECR磁控溅射必将发挥更加重要的作用。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理
磁控溅射（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，其中利用磁控电子束加速器和靶材的相互作用实现。
在磁控溅射过程中，会有一种称为靶材的材料被置于真空腔室中。
通常，该靶材是被称为电子束阴极的磁控源。
真空腔中放置有基板，它是需要被涂层的目标表面。
为了开始溅射过程，通过引入工作气体（如氩气）使真空腔压力降至非常低的级别，通常为10^-6至10^-3毫巴（1毫巴
=100帕）。
然后，在靶材上施加直流或脉冲电源，产生磁场
和电子束。
这些电子束击中靶材表面，加速释放出的离子，将其溅射到基板上，从而形成薄膜。
靶材上的电荷量形成一个环状的磁场，这被称为靶材区域。
这种磁场的存在使能够将带有正电荷的离子定向到工作表面。
此外，电子束在该磁场中被定向，从而形成一个环绕靶材的螺旋形低密度电子云。
这是通过磁透镜形成的，它将电子束束缚在靶材区域。
当电子束和磁场共同作用时，电子与标靶表面相互作用，启动了溅射过程。
在这个过程中，束流的动能转移到靶材的原子、离子和中性气体原子上，使它们从靶面溅射到基板上，从而形成薄膜。
磁控溅射技术具有可控性、均匀性和高质量的优势，可用于各种领域的薄膜制备，如光学、电子器件、显示器件等。
通过调
整靶材、工作气体、工作压力和溅射时间等参数，可以实现所需的薄膜特性。
pvd磁控溅射镀膜原理
pvd磁控溅射镀膜原理宝子们，今天咱们来唠唠一个超酷的技术——PVD磁控溅射镀膜。
这玩意儿听起来是不是就很高级？但其实呀，理解起来也没那么难啦。
咱先说说啥是PVD，PVD就是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）的简称哦。
这就像是给东西穿上一层超级酷炫的外衣，不过这外衣可不是普通的布料，而是用物理的方法给镀上去的一层膜。
那磁控溅射镀膜呢？这可是PVD里的一个超厉害的方法。
想象一下啊，有一个真空的环境，就像一个超级神秘的小宇宙一样。
在这个真空环境里，有我们要镀膜的基底，这个基底就像是一个等着被打扮的小脸蛋一样。
然后呢，有一个靶材，这个靶材就是我们用来镀膜的材料，就好比是化妆用的粉底或者眼影的原料。
在这个真空小宇宙里，我们给这个系统加上一些特殊的条件。
这时候就有高能粒子登场啦，这些高能粒子就像是一群超级小的、精力旺盛的小精灵一样。
它们会冲向靶材。
当这些小精灵撞击到靶材的时候，就会把靶材表面的原子或者分子给撞得“晕头转向”的，然后这些被撞出来的原子或者分子就会像小雪花一样，飘飘悠悠地飞向基底。
然后就一层一层地落在基底上，慢慢地就形成了一层膜。
这就像是小雪花一片一片地堆积，最后就变成了一个白色的世界一样。
那磁控在这个过程里起到啥作用呢？磁控啊，就像是一个超级指挥家。
在这个真空环境里，有磁场的存在。
这个磁场就像是一个无形的大手，它能够控制那些高能粒子的运动轨迹。
有了这个磁场的指挥，那些高能粒子就能够更加高效地去撞击靶材啦。
就好比是一群调皮的小朋友，本来是到处乱跑的，但是有了老师（磁场）的指挥，就能够乖乖地朝着一个方向去做事情（撞击靶材）啦。
这个磁控溅射镀膜有好多厉害的地方呢。
比如说，它能够镀出非常均匀的膜。
这就好比是给小脸蛋涂粉底，涂得特别均匀，一点都不会一块厚一块薄的。
而且啊，它可以选择各种各样的靶材，就像你化妆的时候可以选择不同颜色的眼影一样。
你想要金色的膜，就用金做靶材；想要银色的，就用银做靶材。
hipims磁控溅射原理
hipims磁控溅射原理
hipims磁控溅射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（电场）×B（磁场）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，它们的运动路径不仅很长，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的作用下最终沉积在基片上。
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。
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。
Sputter磁控溅射概述
have been well reviewed in the literature, owing to limitations
associated with scalability and power supply options.
溅射沉积有多流行？
Sputter deposition is also used to deposit compound films by adding a reactive gas to the discharge. This, however, greatly increases the complexity of the deposition process, and explains the ongoing interest in academia to investigate this technique of which several aspects are not completely understood.
概述
Since sputtering is a purely physical process, adding chemistry to, for example, deposit a compound layer must be done ad hoc through the addition of a reactive gas to the plasma, i.e. reactive sputtering. The undesirable reaction of the reactive gas with the tห้องสมุดไป่ตู้rget material results in a nonlinear behavior of the deposition parameters as a function of the reactive gas flow. To model this behavior, the fluxes of the various species toward the target must be determined. However, equally important are the fluxes of species incident at the substrate because they not only influence the reactive sputter deposition process, but also control the growth of the desired film. Indeed, the microstructure of magnetron sputter-deposited films is defined by the identity of the particles arriving at the substrate, their fluxes, and the energy per particle.
磁控溅射原理
Making the IMPOSSIBLE possible
➢中频（MF）磁控溅射
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中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。 工业上一般使用孪生靶溅射系统。
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
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➢中频（MF）磁控溅射
中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
➢磁控溅射分类
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• 射频（RF）磁控溅射 • 直流（DC）磁控溅射 • 中频（MF）磁控溅射
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
➢射频（RF）磁控溅射
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右图为射频磁控溅射实验装 置示意图。
易打弧，不稳定 工作稳定，
在反应溅射中要严格 无打弧现象， 控制反应气体流量 溅射速率快
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
➢Al背电极工艺参数
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制备方法的选择：采用DC溅射铝平面矩形靶
工艺参数： • 本底真空2~3×10-3Pa
• 工作气压～0.3~0.6 Pa
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➢中频（MF）磁控溅射
中频孪生旋转靶磁控溅射
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
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➢中频（MF）磁控溅射
中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象
Process control:
high deposition rate
unstable transition mode.
• 电子运动路径变长，与Ar原子碰撞几率增加， 提高溅射效率。
关于磁控溅射基础知识
磁控溅射目前最重要的工业化大面积真空镀膜技术之一其历史发展如下图所示：发展的驱动力分为以下几点：1.降低工艺成本关注靶材利用率，沉积速率，薄膜均匀性，溅射过程稳定性;2.解决工艺难题和满足进一步提高薄膜性能的工艺参数优化由于低能离子轰击在薄膜沉积中的重要作用，主要要求增加溅射原子离化率，能独立控制/调节微观等离子体工艺参数等，以满足实际镀膜中的多种需求。
其中的HIPIMS 高功率脉冲磁控溅射high power impulse magnetron sputtering;MFMS 中频磁控溅射middle frequency magnetron sputtering;CFUBMS闭合场非平衡磁控溅射closed field unbalanced magnetron sputtering;UBMS 非平衡磁控溅射unbalanced magnetron sputtering;IBAMS 离子束辅助磁控溅射ion beam aiding magnetron sputtering;HCM 空心阴极磁控溅射hollow cathode sputtering;ICPMS 感应耦合等离子磁控溅射inductively couple plasma magnetron sputtering;一，磁控溅射工艺原理相对于其他的制备工艺（CVD，PLD，Spray pyrolysis等），磁控溅射是目前制备薄膜最常用的方法之一。
其主要优点如下：1.较低的制备温度（可室温沉积）;2.较高的成膜质量，与衬底附着力好;3.可控性好，具有较高的沉积速率;4.可溅射沉积具有不同蒸汽压的合金与化合物;5.成本较低，重复性好，可实现规模化大面积生产。
按照构造的不同，磁控溅射靶可以分为圆柱靶和平面靶;主要原理：应用一定强度的磁场（50～200mT，能显著影响电子运动但不影响离子运动）和电场（负偏压，约几百V），可以将等离子体（主要是电子）约束在靶面附近（形成非均匀等离子体），增加了碰撞几率，提高了离化效率，因而能在较低的工作气压（0.1～10Pa）和电压下就能起弧/维持辉光放电，而且同时减少了电子对基底的轰击，利于实现低温沉积; 另一方面，这种非均匀等离子体也本质上决定了靶面的非均匀刻蚀以及沉积粒子流量（大致表现为薄膜的沉积速率）和能量分布的空间非均匀性，但这可以通过优化磁控靶结构构造，磁场位形强度分布和移动基体等措施，在一定程度上予以弥补和改善或尽量达到所需的参数。
磁控溅射法制备薄膜原理
磁控溅射法制备薄膜原理介绍磁控溅射法（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术。
通过溅射材料表面的原子或离子，将其沉积在基底表面，形成所需的薄膜。
本文将详细介绍磁控溅射法制备薄膜的原理、操作步骤以及其在工业和科研中的应用。
磁控溅射法原理磁控溅射法利用磁控电子束对溅射材料进行轰击，使其释放出离子或原子，然后通过磁场引导这些离子或原子运动，并沉积在基底表面。
主要原理包括：溅射、离子化、束流调制以及沉积等过程。
溅射溅射是磁控溅射法的核心过程，其基本原理是利用高能离子或原子轰击溅射靶材表面，使溅射材料从靶材上脱落，并在经过磁场引导后沉积在基底上。
溅射材料的选择对薄膜质量和性能有重要影响。
离子化离子化是通过加速电压将气体轰击成离子。
常用的气体有氩气、氙气等，其离子化过程是由靶材上脱落的原子或分子迅速与气体分子碰撞，产生离子。
束流调制束流调制是通过磁场控制离子或原子运动轨迹，使其保持较高的能量和较小的散射角度，提高薄膜沉积速率和均匀性。
沉积沉积是将离子或原子沉积在基底表面，形成薄膜的过程。
沉积速率、沉积温度和沉积时间等因素会影响薄膜的结构和性能。
操作步骤磁控溅射法制备薄膜的操作步骤包括溅射室准备、真空抽取、靶材装载、参数调节、离子清洗、薄膜沉积等。
溅射室准备在开始溅射制备薄膜之前，需要清洁溅射室，并确保各个部件都处于良好状态。
同时，调整靶材位置和磁场强度，以便实现高质量的溅射过程。
真空抽取将溅射室进行真空抽取，以排除其内部的气体和杂质。
真空程度通常需要达到纳帕级别或更高，以确保薄膜制备过程不受外界气体的干扰。
靶材装载将待溅射的靶材装载至溅射室，并固定在相应的位置上。
靶材的选择应根据所需薄膜的组成和性能来确定。
参数调节根据所需薄膜的要求，调节溅射气体流量、溅射功率、离子能量和沉积速率等参数。
不同的参数会对薄膜的成分、结构和性能产生不同的影响。
离子清洗在沉积薄膜之前，常常需要进行离子清洗，以去除基底表面的气体和杂质。
磁控溅射原理
磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，
在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。 在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已。 磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02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(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子最终沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，避免高能电子对极板பைடு நூலகம்强烈轰击，消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起损伤的根源，体现磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场，一般采用永久磁铁实现。 如果靶材是磁性材料，磁力线被靶材屏蔽，磁力线难以穿透靶材在靶材表面上方形成磁场，磁控的作用将大大降低。因此，溅射磁性材料时，一方面要求磁控靶的磁场要强一些，另一方面靶材也要制备的薄一些，以便磁力线能穿过靶材，在靶面上方产生磁控作用。 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。 目前国内企业很少拥有这项技术。
永磁体磁控溅射工艺
永磁体磁控溅射工艺英文回答：Magnetron sputtering is a widely used technique for depositing thin films onto various substrates. It is particularly useful for producing thin films with high purity and controlled thickness. The process involves bombarding a target material, typically a metal or alloy, with high-energy ions to dislodge atoms from its surface. These atoms then condense onto the substrate, forming athin film.One of the key advantages of magnetron sputtering is the use of permanent magnets to create a magnetic field near the target surface. This magnetic field enhances the sputtering process by confining the plasma and increasing the sputtering rate. It also helps to improve theuniformity of the deposited film. The use of permanent magnets eliminates the need for an external power supply to generate the magnetic field, making the process moreenergy-efficient.Furthermore, magnetron sputtering allows for precise control over the film properties, such as composition, thickness, and microstructure. By adjusting the sputtering parameters, such as the target material, gas pressure, and power density, one can tailor the film properties to meet specific requirements. This level of control is crucial for applications in industries such as electronics, optics, and coatings.One example of the application of magnetron sputtering is in the production of magnetic storage media, such as hard disk drives. The thin films deposited using this technique exhibit excellent magnetic properties, such as high coercivity and low remanence. These properties are essential for achieving high-density data storage and reliable data retrieval.中文回答：永磁体磁控溅射工艺是一种广泛应用于各种基底上薄膜沉积的技术。
磁控溅射的介绍(英文)
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Magnetron sputtering deposition
Magnetron sputtering is a widely used method for film deposition in recent years, which makes a great impact on the industrial research. production and scientific research. Magnetron technology is continuously developing because new advanced films with needed. specific functional properties are needed. There are many applications of magnetron sputtering in electronics, optics, surface component. engineering and electroluminescent component.
Application
The new film solar cells
This type of battery will improve the power of energy efficiency to 40% from 9.6% . The battery raw material costs lower than traditional solar battery does.
The electrons in the electric field under the process of acceleration to fly to the substrate and argon atom in the process electronics. of collision, ionization out lots of argon and electronics. Electronic to fly to the substrate, argon ion in the electric field under the function of accelerating target materials, sputtering along a lot of target materials, a neutral atoms of film. target atoms (or molecular) deposition in the substrate into film. Secondary electron in accelerating the process of flying to the force; substrate by magnetic field, the influence of magnetic force; los was tied to the target near the plasma area, the area plasma density high, secondary electron in the magnetic field around under the action of the target surface to move in a circle, this electronic movement path to a long, in athletic process constantly hit a large amount of ionization argon bombardment target materials, after the collision of Duce after the electronic energy gradually reduced, please the bondage of lines, away from target substrate. materials, eventually deposition in the substrate.
磁控溅射原理
Sputter 磁控溅镀原理Sputter 在辞典中意思为： （植物）溅散。
此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞 散出。
因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。
在日光灯的插座附近常见的变黑现 象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。
溅 镀现象， 自 19 世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。
近年来被引用于薄膜制 作技术效效佳，将成为可用之物。
薄膜制作的应用研究，当初主要为 Bell Lab.及 Western Electric 公司，于 1963 年制成全长 10m 左右的连续溅镀装置。
1966 年由 IBM 公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可 制作。
后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。
而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部机构） 。
这 种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。
一、真空简介： 所谓真空，依 JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满的特定的空 间状态。
真空区域大致划分及分子运动如下：真空划分 Pa 低 真 空 中 真 空 高 真 空 超高真空 105～102 102～10-1 10 ～10 〈10-5 -1 -5压力 Torr 760～1 1～10-3 10-3～10 〈10-7 -7分子运动状态 粘滞流 viscous flow 中间流（过渡流） intermediate flow 分子流 molecular flow 分子流 molecular effusion真空单位相关知识如下：标准环境条件 气体的标准状态 压力（压强）p 帕斯卡 Pa 托 Torr 标准大气压 atm 毫巴 mbar 温度为 20℃，相对湿度为 65%，大气压力为： 1atm 101325Pa=1013.25mbar=760Torr 温度为 0℃，压力为：101325Pa 气体分子从某一假想平面通过时，沿该平面的正法线方向的动量改变率，除以该平面 面积或气体分子作用于其容器壁表面上的力的法向分量，除以该表面面积。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理概述磁控溅射（Magnetron Sputtering）是一种常用的物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术，广泛应用于薄膜制备、表面改性和工艺加工等领域。
其基本原理是通过磁控电子束轰击靶材，使得靶材表面的原子或者分子离开并沉积在基底上，形成薄膜。
磁控溅射技术具有高沉积速率、均匀性好、制备多种材料、控制膜的组成和结构等优点，因此是最常用的薄膜制备技术之一。
下面将详细介绍磁控溅射的工作原理。
工作原理磁控溅射工作原理可以分为离子轰击、溅射和沉积三个步骤。
离子轰击磁控溅射的第一步是通过离子轰击来加热和清洗靶材表面。
在溅射室内，存在一个强磁场，磁场线平行于靶材表面，形成一个被称为“磁子区”（Magnetron）的区域。
在磁子区内，加上外加的电流进行放电，使得气体电离产生高能的离子和电子。
这些离子和电子由于靶材表面形成的负电荷排斥，被磁场束缚在磁子区。
离子由于带正电，受到电子磁场的力作用而环绕着磁子区运动。
其中，离子随机散射，撞击在靶材表面，从而产生动量传递和能量传递。
这种离子对靶材表面的轰击称为离子轰击（Ion Bombardment）。
通过离子轰击，靶材表面层的原子和分子被高能离子撞击后脱离出来，形成的离子云形成了很高的电子温度和离子温度，从而导致靶材表面温度升高。
这样，通过电子和离子的协同作用，可以有效地加热和清洗靶材表面，为溅射提供条件。
溅射磁控溅射的第二步是溅射。
在离子轰击的作用下，靶材表面的原子或者分子离开并沉积在基底（Substrate）上，形成薄膜。
在离子轰击下，靶材表面的原子或分子以大质量和能量的方式离开，而且在离开靶材表面后会继续以直线运动的方式迁移到其余的区域。
穿过透过装置的挡板后，原子或分子由于气体的散射作用而形成等离子体。
在离子轰击的同时，溅射的粒子由于撞击靶材表面而形成溅射云，其中的原子或分子穿过透过装置形成的孔洞，并在基底上沉积。
磁控溅射的基本原理
磁控溅射的基本原理磁控溅射（Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜沉积技术，它利用磁场作用下带电粒子与靶材表面碰撞的原理，将靶材上的原子或分子从靶材表面剥离，并沉积在基板上，形成所需厚度的薄膜。
下面将详细介绍磁控溅射的基本原理。
磁控溅射的基本原理可以分为三个过程：离子的生成，离子的传递和离子的沉积。
首先是离子的生成。
在磁控溅射的装置中，有一个靶材和一个被溅射物质传递靶表面的惰性气体（如氩气）的环境。
当引入氩气后，通过高频或直流的电压，靶材上的电子和离开靶材的惰性气体分子相互碰撞，产生等离子体。
在等离子体中，极少数氩气离子经过碰撞获得足够的能量，径直飞向靶材表面，并撞击靶材表面的原子或分子。
接下来是离子的传递。
在磁控溅射的装置中，靶材和基板之间存在一个较大的电势差，离开靶材的离子被电场加速，并通过磁场的约束，在磁场中做环状运动。
这个磁场通常由两组磁铁产生，其中一组产生定向的磁场，另一组产生短距离的磁场。
定向的磁场使离子在垂直于靶表面的方向上形成拉平的运动轨迹，而短距离的磁场使离子在平面上做环状运动。
这样，离子在磁控溅射装置中可以延长从靶材到基板的传输时间，增加碰撞次数，提高沉积效率。
最后是离子的沉积。
离子在经过磁场约束后，到达基板表面。
由于离子的能量较高，当离子与基板表面的原子或分子相碰撞时，会将靶材上的原子或分子剥离并沉积在基片上，形成薄膜。
同时，由于基板表面上的原子或分子还存在较高的热振动能量，使得沉积的原子或分子可以有效地扩散到基板的表面，并与其他原子或分子相互结合，形成致密的薄膜结构。
总的来说，磁控溅射的基本原理是利用磁场作用下的离子传输和离子的沉积过程。
通过调节磁场强度、气体压强、靶材和基板的距离等参数，可以控制离子能量和角度等，从而实现对薄膜沉积过程的精确控制。
磁控溅射技术具有高沉积速率、较高的沉积温度、良好的薄膜质量和较好的控制能力等优点，在光电、显示、信息存储和微电子等领域得到了广泛应用。
磁控溅射原理
Making the IMPOSSIBLE possible
中频（MF）磁控溅射
15
中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。 工业上一般使用孪生靶溅射系统。
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
16
中频（MF）磁控溅射
中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
磁控溅射分类
11
• 射频（RF）磁控溅射 • 直流（DC）磁控溅射 • 中频（MF）磁控溅射
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
射频（RF）磁控溅射
12
右图为射频磁控溅射实验装 置示意图。
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
三种磁控溅射对比
23
DC
MF
RF
电源价格
便宜
一般
昂贵
靶材
圆靶/矩形靶 平面靶/旋转靶 实验室一般用圆平面靶
靶材材质要求
导体
无限制
无限制
抵御靶中毒能力
弱
强
强
靶材利用率
15％ / 30％
30％ / 70％
应用
金属
金属/化合物 工业上不采用此法
磁控溅射原理
直流辉光放电
• 右图为直流辉光放电的发光区电位分布 及净空间电荷沿极间距的分布图。
• 靠近阴极有一明亮的发光区，称为阴极
辉光区。
• 电子在阴极暗区发生大量的电离碰撞， 正离子被加速射向阴极。但是正离子的 迁移率远低于电子的迁移率，净空间电 荷呈正值，在阴极表面附近形成一个正 离子壳层。
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Magnetic Field B
+
E
x
x x Bx
-
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MIRDC
What is a Magnetron
The most common type of magnetron can be found inside a microwave oven.
This is a magnetron tube.
Control of these highly mobile plasma electrons is the key to all forms of plasma control
Conversion of a neutral atom
into an ion by electron collision
(for ion energies < 1keV).
Ar+
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MIRDC
Ionising collisions
Ions and electrons lost from the discharge can be replaced by ionising collisions
⇒ e- + Ar e- + e- + Ar+
in a plasma
0+ e-
e1+
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MIRDC
Electron motion in a combined electric & magnetic field
e-
SN E
B ExB
B
x
B
e-
NS
e-
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MIRDC
Negatively biased target
A magnetron sputtering plasma
This is characterised by the parameter γ. For every ion impacting on the target γ electrons are released by secondary emission.
For most metals, γ ~ 0.1, and is insensitive to ion impact energy
ttrraannssffeerr ffrroomm tthhee iinn--ccoommiinngg ppaarrttiiccllee..
UUnnlliikkee mmaannyy ootthheerr vvaappoouurr pphhaassee tteecchhnniiqquueess tthheerree iiss nnoo mmeellttiinngg ooff tthhee mmaatteerriiaall..
OOtthheerr nnaammeess ffoorr SSPPUUTTTTEERRIINNGG wweerree SSPPLLUUTTTTEERRIINNGG aanndd CCAATTHHOODDEE DDEESSIINNTTEEGGRRAATTIIOONN..
Main Menu
MIRDC
What is a Magnetron
ee-
Ar+ Ar
e-
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MIRDC
Double Ionisation
If an electron collides with an Argon ion, there is a possibility of the Argon losing another electron, becoming doubly ionised
KKeeyy ffoorr uunnddeerrssttaannddiinngg ddiissccoovveerryy ooff eelleeccttrroonnss aanndd ppoossiittiivvee iioonnss iinn llooww pprreessssuurree ggaass ddiisscchhaarrggeess aanndd aattoomm ssttrruuccttuurree ((JJ..JJ.. TThhoommssoonn,, RRuutthheerrffoorrdd)),, 11889977----
MIRDC
What is magnetron sputtering?
Magnetron Sputtering is a plasma vacuum coating technique and here are some of the questions that will be answered in this section: What’s sputtering? What’s a magnetron? What’s a plasma?
++
-
-V
Resulting erosion of the sputter target
High density plasma generated by the combine electrical and magnetic field
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MIRDC
Magnetron sputtering plasma
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MIRDC
Secondary electron emission
Electrons lost from the discharge can be replaced by secondary emission - electrons liberated from the target due to ion impact.
PPllaassmmaa PPaarraammeetteerrss DDeennssiittyy ((nnee,, nnii)) EElleeccttrroonn tteemmppeerraattuurree ((TTee)) UUssuuaallllyy mmeeaassuurreedd iinn eelleeccttrroonn vvoollttss ((11eeVV == 1122000000°°cc)) PPllaassmmaa ppootteennttiiaall ((VVpp))
40 m 50 cm 5m 100 m
2 cm
For 5 mtorr of argon (~300K) with 5eV electrons
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MIRDC
What is sputtering?
Atom or ion with kinetic energy
Surface
Atom, ion
e-
TThhee iimmppaacctt ooff aann aattoomm oorr iioonn oonn aa ssuurrffaaccee pprroodduucceess ssppuutttteerriinngg ffrroomm tthhee ssuurrffaaccee aass aa rreessuulltt ooff tthhee mmoommeennttuumm
MMeeaann ffrreeee ppaatthhss
MMaaggnneettiicc ttrraapp
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MIRDC
Basic concepts
‘‘GGaass’’ ooff cchhaarrggeedd ppaarrttiicclleess EElleeccttrroonnss ((nneeggaattiivvee)) IIoonnss ((ppoossiittiivvee))
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MIRDC
Main Menu
MIRDC
The history of sputtering?
TThhee vveerrbb ttoo SSPPUUTTTTEERR oorriiggiinnaatteess ffrroomm LLaattiinn SSPPUUTTAARREE ((TToo eemmiitt ssaalliivvaa wwiitthh nnooiissee))..
Main Menu
MIRDC
Sustaining a discharge
Particles lost from the discharge must be replaced. This can be achieved by
Secondary emission of electrons
Ionising collisions
A Magnetron is comprised of : A CATHODE = electron source An ANODE = electron collector A combined ELECTRIC & MAGNETIC FIELD B E
xE B
+
x
x-x x
x
Electric Field E
PPhheennoommeennoonn ffiirrsstt ddeessccrriibbeedd 115500 yyeeaarrss aaggoo…… GGrroovvee ((11885522)) aanndd ppllüücckkeerr ((11885588)) ffiirrsstt rreeppoorrtteedd vvaappoorriizzaattiioonn aanndd ffiillmm ffoorrmmaattiioonn ooff mmeettaall ffiillmmss bbyy ssppuutttteerriinngg..
Collision type
Electron – electron Electron – argon (Momentum loss) Electron – argon (Ionisation) Electron – argon (Double ionisation) Argon – argon