磁控溅射靶材中毒
浅谈磁控溅射镀膜工艺中的反应溅射
浅谈磁控溅射镀膜工艺中的反应溅射信义玻璃（天津）有限公司陈大伟摘要：本文介绍了磁控溅射镀膜工艺、磁控溅射设备、非反应溅射与反应溅射：反应溅射是一个非常复杂的过程。
重点对反应溅射中的“直流氧化溅射”、“阳极消失效应”、“靶材中毒现象”、“磁滞效应现象”、“金属模式”、“过渡模式”、“反应模式”、“反应溅射磁滞效应特征曲线”进行分析。
在生产过程中，掌握反应溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象，利用有效的手段进行调整，才能达到高效的溅射速率以及高质量的膜层性能，防止不良溅射现象的出现。
0引言磁控溅射镀膜是目前离线镀膜玻璃生产最重要的方式之一.其生产溅射工艺非常复杂.其中包含直流和交流溅射的控制模式，平面阴极、旋转阴极的溅射设备，惰性和反应的工作气体以及适当的低气压环境等方面。
在生产过程中不同的磁控阴极、材料、气氛等又会有不同的工艺控制模式，其中包含非反应溅射以及反应溅射，而反应溅射中又涉及到靶材溅射的金属模式、磁滞效应、中毒模型等，这些均会影响到膜层组分、溅射效率、成膜质量及性能等方面。
在实际的生产过程中.掌握磁控溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象并做出及时的处理.对最终高质量高效率成膜控制具有重大意义。
1磁控溅射简介1.1溅射工艺磁控溅射是物理气相沉积（PVD）的一种，是一种十分有效的薄膜沉积方法。
上世纪70年代广泛发展起来的磁控阴极溅射法可以在玻璃上沉积出高质量的用于控制光线和太阳能的膜层。
简单地讲，就是在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子，在阴极电场的加速下，轰击刻蚀阴极上的靶材，使材料源的离子从靶材表面上脱离崩射出来，然后沉积附着在基片上。
溅射镀膜过程是将基片置-4-于有特殊设计的阴极和工作气体的真空腔室中来实现的，在阴极上施加负电压，当真空腔体内达到适当的条件进行等离子体辉光放电（图1）。
带正电的气体离子受到带负电的阴极靶材表面的吸引，正原子对负电位的靶材的撞击非常强烈，使得靶材上的原子从表面崩射出来并沉积在玻璃上，从而形成一层原子依次排列的薄膜（图2）。
ITO靶材的毒化机理研究现状
１５ 升 温速 率对 Ｉ Ｏ靶 材影 响 ． Ｔ
时。随着保温时间增加 ， 靶材的密度先增加后 降低 ，
在保 温 １５ｈ时相对 密度 达 到 最 大值 。这 可 能是 由 ． 于保 温 时 间过 短 时 闭 孑 数量 较 多 ， Ｌ 使得 烧 结 试 样 密 度 较 低 。随着 保温 时 间延 长 ， 结 体 缓 慢 收缩 ， 孔 烧 小 逐渐 消失 ， 隙数 量减 少 ， 孔 密度 增 大 。 当保 温 时 间超 过 １５ｈ时 ， 度 开 始 下 降 ， 可 能 是 由 于 在 １６０ ． 密 这 ０
在高温下发生 反应分 解。若在烧 结气 氛 中加入 臭 氧， 就能缓解 Ｓ Ｏ 分解 。 ｎ２
１ ３ 烧结 温 度对 Ｉ Ｏ靶 材 影响 ． Ｔ
实验表 明 【 ， 结 温 度 对 Ｉ Ｏ靶 材 密 度 的影 响 烧 Ｔ 很大 ， 相对 密度 随着 温度 的升高 而 增 大 ， 而 影 响 到 从 靶 材 的毒化 时 间 。温 度 为 １０ ０ｃ 对应 的密 度 达 ０ Ｃ时
结时质点迁移距离较短 ， 因而烧结体相对密度提高。 此 外 ， 坯 中的气 孔对烧 结 体具 有 较大 的影 响 ， 大 压 较
尺 寸气 孔 的存 在 一 方 面加 大 颗 粒 扩 散距 离 ， 一 方 另 面减 小气 孑 收缩 的推动 力 ， 而不利 于烧 结致 密 化 。 Ｌ 因 因此 ， 形压 力 较 小 时 ， 坯 的密 度 小 ， 气 孔 直 径 成 压 且
１ １ Ｉ Ｏ粉体 中添加 Ｐ Ａ对 Ｉ Ｏ靶材 的影 响 ． Ｔ Ｖ Ｔ 王弱 Ｊ 的研 究 发 现 ： Ｖ 添 加 越 多 ， 坯 越 易 Ｐ Ａ 素 脱模 。 １０ ． ％的 Ｐ Ａ获 得 的靶 材 最 致 密 。 Ｐ Ｖ ＶＡ为 ０５ ．％时 ， 素坯 外 沿 部分 颜 色 较 中心 浅 ， 明压 力 损 说 失导 致 坯 体 内外 存 在 较 大 密 度 差 。 Ｐ ＶＡ 为 １０ ．％ 时， 素坯 无 明显 色差 ， 明坯 体密 度分 布 平均 。Ｐ 表 ＶＡ
磁控溅射原理
百科名片磁控溅射原理：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。
磁控溅射法的工作原理
(R, A)n1MnnO3n+1
二、锰氧化物的结构及其庞磁电阻效应
1.钙钛矿锰氧化物基本的晶格
一般泛指的锰氧化物(Manganites)是基于钙钛矿结构来说 的，它的通式可以写为：(R, A)n1MnnO3n+1(其中R 为稀土元素, A 为碱土元素) ，通常也称作Ruddlesden-Popper(RP)相。在 RP化合物中，“n”代表MnO6 八面体顺着晶体[001]方向堆 垛的层数。如图1所示，单层 n = 1 的(R,A)2 MnO4化合物具有 二维的K2NiF4 结构，由一层MnO6八面体层和一层(R/A，O）交替 堆垛组成。n =2的双层(R,A)3Mn2O7和n = 3的三层(R,A)4Mn3O10化合 物分别有两层MnO6 八面体和三层 MnO6八面体与一层 (R/A，O）交 替堆垛组成。n =∞的化合物 (R,A)MnO3 具有无穷层的三维钙钛 矿结构。其中结构为(R,A)Mn2O7和 (R,A)MnO3的部分化合物表现出 CMR效应。
极化度 、电场E、诱导偶极矩m三者之间的关系:
E
拉曼和红外是否活性判别规则: (1) 相互排斥规则: 凡具有对称中心的分子，具
有红外活性(跃迁是允许)，则其拉曼是非活性(跃迁是 禁阻)的;反之，若该分子的振动对拉曼是活性的，则 其红外就是非活性的。
层状晶格图形如下
2. CMR效应 CMR效应存在于钙钦矿结构的掺杂锰氧化物中。不
同于GMR和TMR依赖于人工制备的纳米结构，钙钦矿锰 氧化物的CMR效应是大块材料的体效应。由于其磁电 阻值特别巨大，为了区别于金属多层膜中的GMR效应， 人们将这种钙钦矿结构中的磁电阻效应冠之以超大磁 电阻效应(eolossalMagnetoresistanee)，简称CMR效 应。CMR的一个显著特征是在磁相变的同时伴随着金 属到绝缘态的转变，并且磁电阻的陡然变化通常发生 在居里点()附近，一旦温度偏离居里点，磁电阻迅速 下降。这种极大的磁电阻效应实际上暗示了锰氧化物 材料中自旋一电荷间存在着强烈的关联性。现在己经 确认，锰氧化物具有电子的强关联特性，其CMR机理， 与铜氧化物的高温超导电性是一样的，是多电子强关 联系统中十分有趣和困难的问题。
磁控溅射靶材中毒
磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？A:第一：靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。
在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。
反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。
在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。
第二：靶中毒的影响因素影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。
反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。
如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。
在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。
如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。
第三：靶中毒现象(1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极溅射无法进行下去。
（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。
第四：靶中毒的物理解释（1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。
磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例
磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例（薄膜物理大作业论文）班级：1035101班学号：1101900508姓名：孙静一、前言镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜，使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。
自七十年代开始，在世界发达国家和地区，传统的单一采光材料—普通建气琳璃，已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代，如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目，发展也颇为迅速，如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃，美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年，在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区，镀膜玻璃的使用也日渐盛行。
镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。
目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。
浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中，取出后送人炉中加热，去除有机物，从而形成了金属氧化物膜层。
由于浸渍法使玻璃两边涂膜，且低边部膜层较厚，同时可供水解盐类不多，因而在国内未得到很好推广。
化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状，然后涂到加热后的玻璃表面上。
这种方法由于受到所镀物质的限制，且在大板上也难真空蒸发法是在真空条件下，通过电加热使镀膜材料蒸发，由固相转化为气相，从而沉积在玻璃表面上，形成稳定的薄膜。
此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。
只能生产单层金属镀膜玻璃，颜色也难以控制。
磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。
在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行，如电浮法、热喷涂等方法，目前我国较少使用。
在这些方法中，磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法，它的膜层由多层金属或金属氧化层组成，允许任意调节能量通过率、能量反射率，具有良好的外观美学效果，它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点，因而目前国际上广泛采用这一方法。
磁控溅射镀膜工艺介绍
TCO薄膜的种类及特性
• TCO薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶层，晶粒取向单 一。目前研究较多的是ITO、FTO和AZO。电阻率达 10-4 •cm量级，可见光透射率为80%～90%。 • FTO(SnO2︰F)：电阻率可达5.0×10 -4 •cm，可见光 透过率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ80%。 • ITO(In2O3︰Sn)：电阻率可达7.0×10-5 •cm ，可见光 透过率＞85% 。 • AZO(ZnO︰Al)：电阻率可达1.5×10-4 •cm ，可见光 透过率＞80% 。
反应溅射模拟图
中频孪生反应溅射
反应溅射的特点
反应磁控溅射所用的靶材料（单位素靶或多元素 靶）和反应气体（氧、氮、碳氢化合物等）通常 很容易获得很高的纯度，因而有利于制备高纯度 的化合物薄膜。 反应磁控溅射中调节沉积工艺参数，可以制备化 学配比或非化学配比的化合物薄膜，从而达到通 过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。 反应磁控溅射沉积过程中基板温度一般不会有很 大的升高，而且成膜过程通常也并不要求对基板 进行很高温度的加热，因而对基板材料的限制较 少。 反应磁控溅射适合于制备大面积均匀薄膜，并能 实现对镀膜的大规模工业化生产。
真空的定义：压力低于一个大气压的任何气态空间，采用 真空度来表示真空的高低。 真空单位换算：1大气压≈1.0×105帕=760mmHg（汞柱） =760托 1托=133.3pa=1mmHg 1bar=100kpa 1mbar=100pa 1bar=1000mbar
TCO玻璃 玻璃=Transparent Conductive Oxide 镀有透明导电氧 玻璃 化物的玻璃 TCO材料： 材料： 材料 SnO2:F(FTO fluorine doped tin oxide氟掺杂氧化锡 氟掺杂氧化锡) 氟掺杂氧化锡 ZnO:Al(AZO aluminum doped zinc oxide铝掺杂氧化锌 铝掺杂氧化锌) 铝掺杂氧化锌 In2O3:Sn(ITO indium tin oxide 氧化铟锡 氧化铟锡)
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
24
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。
溅射技术发展的历程
4、最近有人推出离子束增强溅射模式。采用宽束强流离子源，配合磁场调制，与普通的二极溅射结合组成一种新的溅射模式。他不同于使用窄束高能离子束进行的离子束溅射（这种离子束溅射的溅射速率低），采用宽束强流离子源，配合磁场调制后，既有离子束溅射的效果，更重要的是具有直接向等离子体区域供应离子的增强溅射效果。同时还可以具有离子束辅助镀膜的效果。
基于薄膜滤光片的器件可广泛用于多信道复用与解复用器以及光分插复用器（OADM）。同时，薄膜滤光片除了可以导引和处理光信号，还被广泛地用于增益平坦、频带分割、C通道和L通道的分离、泵浦光的合波等。值得一提的是，在新近出现的CWDM和BWDM网络中，薄膜滤光片技术是迄今为止唯一有实用价值的选择。
一、利用薄膜滤光片进行波分复用
J.Musil研究了高速率溅射和自溅射，施加的靶功率密度高达50W/cm2,甚至更高，但是：只有Cu,Ag,Au靶呈现自溅射效应。在实验室特殊条件下呈现高速率溅射效果，在工业化应用上很难实现。反过来证明：工业化应用中适合的功率密度应该在30W/cm2以下。
为了保证工业化应用中靶的稳定运行，直接水冷而且靶材导热性能良好的情况下所施加的功率密度应该在25W/cm2以下。间接水冷而且靶材导热性能良好的
1996年Leybold 推出多年研发的成果：中频交流磁控溅射（孪生靶溅射）技术，消除了阳极”消失”效应和阴极“中毒”问题，大大提高了磁控溅射运行的稳定性，为化合物薄膜的工业化大规模生产奠定了基础。最近在中频电源上又提出短脉冲组合的中频双向供电模式，运行稳定性进一步提高。
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。
磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射镀膜本理及工艺之阳早格格创做纲要：真空镀膜技能动做一种爆收特定膜层的技能，正在现真死爆收计中有着广大的应用.真空镀膜技能有三种形式，即挥收镀膜、溅射镀膜战离子镀.那里主要道一下由溅射镀膜技能死少去的磁控溅射镀膜的本理及相映工艺的钻研.关键词汇：溅射；溅射变量；处事气压；重积率.绪论溅射局里于1870年开初用于镀膜技能，1930年以去由于普及了重积速率而渐渐用于工业死产.时常使用二极溅射设备如左图.常常将欲重积的资料制成板材-靶，牢固正在阳极上.基片置于正对付靶里的阳极上，距靶一定距离.系统抽至下真空后充进（10～1）帕的气体（常常为氩气），正在阳极战阳极间加几千伏电压，二极间即爆收辉光搁电.搁电爆收的正离子正在电场效用下飞背阳极，与靶表面本子碰碰，受碰碰从靶里劳出的靶本子称为溅射本子，其能量正在1至几十电子伏范畴内.溅射本子正在基片表面重积成膜.其中磁控溅射不妨被认为是镀膜技能中最超过的成便之一.它以溅射率下、基片温降矮、膜-基分离力好、拆置本能宁静、支配统制便当等便宜，成为镀膜工业应用范畴(特天是修筑镀膜玻璃、透明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对付大里积的匀称性有特天苛刻央供的连绝镀膜场合)的尾选规划.1磁控溅射本理溅射属于PDV（物理气相重积）三种基础要收：真空挥收、溅射、离子镀（空心阳极离子镀、热阳极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流搁电离子镀）中的一种.磁控溅射的处事本理是指电子正在电场E的效用下，正在飞背基片历程中与氩本子爆收碰碰，使其电离爆收出Ar正离子战新的电子；新电子飞背基片，Ar正离子正在电场效用下加速飞背阳极靶，并以下能量轰打靶表面，使靶材爆收溅射.正在溅射粒子中，中性的靶本子或者分子重积正在基片上产死薄膜，而爆收的二次电子会受到电场战磁场效用，爆收E（电场）×B（磁场）所指的目标漂移，简称E×B漂移，其疏通轨迹近似于一条晃线.若为环形磁场，则电子便以近似晃线形式正在靶表面搞圆周疏通，它们的疏通路径不然而很少，而且被束缚正在靠拢靶表面的等离子体天区内，而且正在该天区中电离出洪量的Ar正离子去轰打靶材，从而真止了下的重积速率.随着碰碰次数的减少，二次电子的能量消耗殆尽，渐渐近离靶表面，并正在电场E的效用下最后重积正在基片上.由于该电子的能量很矮，传播给基片的能量很小，以致基片温降较矮.磁控溅射是进射粒子战靶的碰碰历程.进射粒子正在靶中经历搀杂的集射历程，战靶本子碰碰，把部分动量传给靶本子，此靶本子又战其余靶本子碰碰，产死级联历程.正在那种级联历程中某些表面附近的靶本子赢得背中疏通的脚够动量，离开靶被溅射出去.磁控溅射种类磁控溅射包罗很多种类.各有分歧处事本理战应用对付象.然而有一共共面：利用磁场与电场接互效用，使电子正在靶表面附近成螺旋状运止，从而删大电子碰打氩气爆收离子的概率.所爆收的离子正在电场效用下碰背靶里从而溅射出靶材.磁控溅射正在技能上不妨分为直流（DC）磁控溅射、中频（MF）磁控溅射、射频（RF）磁控溅射.三种分类的主要对付比圆下表.D C MF RF电源代价廉价普遍下贵靶材圆靶/矩形靶仄里靶/转动靶考查室普遍用圆仄里靶靶材材量央供导体无节制无节制抵御靶中毒本收强强强2磁控溅射工艺钻研溅射变量电压战功率正在气体不妨电离的压强范畴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，引起气体中的电流爆收变更.改变气体中的电流不妨爆收更多或者更少的离子，那些离子碰碰靶体便不妨统制溅射速率.普遍去道：普及电压不妨普及离化率.那样电流会减少，所以会引起阻抗的低重.普及电压时，阻抗的降矮会大幅度天普及电流，即大幅度普及了功率.如果气体压强稳定，溅射源下的基片的移动速度也是恒定的，那么重积到基片上的资料的量则决断于施加正在电路上的功率.正在VONARDENNE镀膜产品中所采与的范畴内，功率的普及与溅射速率的普及是一种线性的关系.气体环境真空系统战工艺气体系齐部共统制着气体环境.最先，真空泵将室体抽到一个下真空（约莫为10-6torr）.而后，由工艺气体系统（包罗压强战流量统制安排器）充进工艺气体，将气体压强降矮到约莫2×10-3torr.为了保证得到适合品量的共一膜层，工艺气体必须使用杂度为99.995%的下杂气体.正在反应溅射中，正在反应气体中混同少量的惰性气体（如氩）不妨普及溅射速率.2.1.3 气体压强将气体压强降矮到某一面不妨普及离子的仄衡自由程、从而使更多的离子具备脚够的能量去碰打阳极以便将粒子轰打出去，也便是普及溅射速率.超出该面之后，由于介进碰碰的分子过少则会引导离化量缩小，使得溅射速率爆收低重.如果气压过矮，等离子体便会燃烧共时溅射停止.普及气体压强不妨普及离化率，然而是也便降矮了溅射本子的仄衡自由程，那也不妨降矮溅射速率.不妨得到最大重积速率的气体压强范畴非常渺小.如果举止的是反应溅射，由于它会不竭消耗，所以为了保护匀称的重积速率，必须依照适合的速度补充新的反应气体.2.1.4 传动速度玻璃基片正在阳极下的移动是通过传动去举止的.降矮传动速度使玻璃正在阳极范畴内通过的时间更少，那样便不妨重积出更薄的膜层.不过，为了包管膜层的匀称性，传动速度必须脆持恒定.镀膜区内普遍的传动速度范畴为每分钟0 ~ 600 英寸（约莫为0 ~ 15.24 米）之间.根据镀膜资料、功率、阳极的数量以及膜层的种类的分歧，常常的运止范畴是每分钟90 ~ 400（约莫为2.286 ~ 10.16 米）英寸之间.2.1.5 距离与速度及附效力为了得到最大的重积速率并普及膜层的附效力，正在包管不会益害辉光搁电自己的前提下，基片应当尽大概搁置正在离阳极迩去的场合.溅射粒子战睦体分子（及离子）的仄衡自由程也会正在其中收挥效用.当减少基片与阳极之间的距离，碰碰的几率也会减少，那样溅射粒子到达基片时所具备的本收便会缩小.所以，为了得到最大的重积速率战最佳的附效力，基片必须尽大概天搁置正在靠拢阳极的位子上.工艺会受到很多参数的效用.其中，一些是不妨正在工艺运止功夫改变战统制的；而其余一些则虽然是牢固的，然而是普遍正在工艺运止前不妨正在一定范畴内举止统制.二个要害的牢固参数是：靶结媾战磁场.每个单独的靶皆具备其自己的里里结媾战颗粒目标.由于里里结构的分歧，二个瞅起去真足相共的靶材大概会出现迥然分歧的溅射速率.正在镀膜支配中，如果采与了新的或者分歧的靶，应当特天注意那一面.如果所有的靶材块正在加工功夫具备相似的结构，安排电源，根据需要普及或者降矮功率不妨对付它举止补偿.正在一套靶中，由于颗粒结构分歧，也会爆收分歧的溅射速率.加工历程会制成靶材里里结构的好别，所以纵然是相共合金身分的靶材也会存留溅射速率的好别.共样，靶材块的晶体结构、颗粒结构、硬度、应力以及杂量等参数也会效用到溅射速率，而那些则大概会正在产品上产死条状的缺陷.那也需要正在镀膜功夫加以注意.不过，那种情况惟有通过调换靶材才搞得到办理.靶材耗费区自己也会制成比较矮下的溅射速率.那时间，为了得到劣良的膜层，必须重新安排功率或者传动速度.果为速度对付于产品是至关要害的，所以尺度而且适合的安排要收是普及功率.用去捕获二次电子的磁场必须正在所有靶里上脆持普遍，而且磁场强度应当符合.磁场不匀称便会爆收不匀称的膜层.磁场强度如果不适合（比圆过矮），那么纵然磁场强度普遍也会引导膜层重积速率矮下，而且大概正在螺栓头处爆收溅射.那便会使膜层受到传染.如果磁场强度过下，大概正在开初的时间重积速率会非常下，然而是由于刻蚀区的关系，那个速率会赶快低重到一个非常矮的火仄.共样，那个刻蚀区也会制成靶的利用率比较矮.2.3可变参数正在溅射历程中，通过改变改变那些参数不妨举止工艺的动背统制.那些可变参数包罗：功率、速度、气体的种类战压强.2.功率每一个阳极皆具备自己的电源.根据阳极的尺寸战系统安排，功率不妨正在0 ~ 150KW（标称值）之间变更.电源是一个恒流源.正在功率统制模式下，功率牢固共时监控电压，通过改变输出电流去保护恒定的功率.正在电流统制模式下，牢固并监控输出电流，那时不妨安排电压.施加的功率越下，重积速率便越大.2.速度另一个变量是速度.对付于单端镀膜机，镀膜区的传动速度不妨正在每分钟0 ~ 600英寸（约莫为米）之间采用.对付于单端镀膜机，镀膜区的传动速度不妨正在每分钟0 ~ 200英寸（约莫为米）之间采用.正在给定的溅射速率下，传动速度越矮则表示重积的膜层越薄.2.末尾一个变量是气体.不妨正在三种气体中采用二种动做主气体战辅气体去举履止用.它们之间，所有二种的比率也不妨举止安排.气体压强不妨正在1 ~ 5×10-3 torr之间举止统制.2./基片之间的关系正在直里玻璃镀膜机中，另有一个不妨安排的参数便是阳极与基片之间的距离.仄板玻璃镀膜机中不不妨安排的阳极.3考查①认识真空镀膜的支配历程战要收.②相识磁控溅射镀膜的本理及要收.③教会使用磁控溅射镀膜技能.④钻研分歧处事气压对付镀膜效用.SAJ-500超下真空磁控溅射镀膜机（配有杂铜靶材）；氩气瓶；陶瓷基片；揩镜纸.3.3考查本理磁控溅射系统是正在基础的二极溅射系统死少而去，办理二极溅射镀膜速度比蒸镀缓很多、等离子体的离化率矮战基片的热效力明隐的问题.磁控溅射系统正在阳极靶材的里前搁置强力磁铁，真空室充进0.1～10Pa 压力的惰性气体(Ar)，动做气体搁电的载体.正在下压效用下Ar本子电离成为Ar+离子战电子，爆收等离子辉光搁电，电子正在加速飞背基片的历程中，受到笔直于电场的磁场效用，使电子爆收偏偏转，被束缚正在靠拢靶表面的等离子体天区内，电子以晃线的办法沿着靶表面前进，正在疏通历程中不竭与Ar本子爆收碰碰，电离出洪量的Ar+离子，与不磁控管的结构的溅射相比，离化率赶快减少10～100倍，果此该天区内等离子体稀度很下.通过多次碰碰后电子的能量渐渐降矮，解脱磁力线的束缚，最后降正在基片、真空室内壁及靶源阳极上.而Ar+离子正在下压电场加速效用下，与靶材的碰打并释搁出能量，引导靶材表面的本子吸支Ar+离子的动能而摆脱本晶格束缚，呈中性的靶本子劳出靶材的表面飞背基片，并正在基片上重积产死薄膜.准备历程（1）动脚支配前宽肃教习道支配规程及有关资料，认识镀膜机战有关仪器的结构及功能、支配步调与注意事项，包管仄安支配.（2）荡涤基片.用无火酒粗荡涤基片，使基片镀膜里浑净无净污后用揩镜纸包好，搁正在搞燥器内备用.（3）镀膜室的浑理与准备.先背真空腔内充气一段时间，而后降钟罩，拆好基片，浑理镀膜室，降下钟罩.考查主要过程（1）挨开总电源，开用总控电，降降机降下，真空腔挨开后，搁进需要的基片，决定基片位子（A、B、C、D），决定靶位子（1、2、3、4，其中4为荡涤靶）.（2）基片战靶准备好后，降降机低重至真空腔稀启（注意：关关真空腔时用脚扶着顶盖，以统制顶盖与强敌的相对付位子，历程中注意仄安，留神挤压到脚指）.（3）开用板滞泵，抽一分钟安排之后，挨开复合真空计，当示数约为10E-1量级时，开用分子泵，频次为400HZ（默认），共时预热离子荡涤挨开直流或者射流电源及流量隐现仪.（4）（采用支配）挨开加热控温电源.开用慢停统制，报警至于通位子，功能选则为烘烤.（5）然而真空度达到5×10-4Pa时，关关复合真空计，开开电离真空计，通氩气（流量20L/min），挨开气路阀，将流量计Ⅰ拨至阀控档，宁静后挨开离子源，依次安排加速至200V~250V ，中战到12A 安排，阳极80V ，阳极10V ，屏极300V .从监控步调中调开工艺树立文献，开用开初荡涤.（6）荡涤完成后，按离子源参数安排好同的程序将各参数归整，关关离子源，将流量计Ⅱ置于关关档.（7）流量计Ⅰ置于阀控档（瞅是可有读数，普遍为30.可则查明本果），安排统制电离真空计示数约1Pa ，安排直流或者射频电源到所需功率，开初镀膜.（8）镀膜历程中注意设备处事状态，若工艺参数有非常十分变更应即时纠正或者停止镀膜，问题办理后圆可重新镀膜.（9）镀膜完成后，关关直流或者射频电源，关关氩气总阀门.将挡板顺时针旋至最大通路.当气罐流量形成整后，关关流量计Ⅱ，继承抽半个小时到二个小时.（10）关关流量隐现仪战电离真空计，停止分子泵，频次降至100HZ 后关关板滞泵，5分钟后关关分子泵，关关总电源.由处事气压与重积率的关系表不妨瞅出：正在其余参数稳定的条件下，随着处事气压的删大，重积速率先删大后减小.正在某一个最佳处事气压下，有一个对付应的最大重积速率.气体分子仄衡自由程与压强犹如下关系其中λ为气体分子仄衡自由程, k 为玻耳兹曼常数，T 为气体温度, d 为气体分子直径, p 为气体压强.由此可知，正在脆持气体分子直径战睦体温度稳定的条件下，如果处事压强删大，则气体分子仄衡自由程将pd kT 2π2=λ减小，溅射本子与气体分子相互碰碰次数将减少，二次电子收射将巩固.而当处事气压过大时，重积速率会减小，本果犹如下二面：（1）由于气体分子仄衡自由程减小，溅射本子的背反射战受气体分子集射的几率删大，而且那一效用已经超出了搁电巩固的效用.溅射本子经多次碰碰后会有部分遁离重积天区，基片对付溅射本子的支集效用便会减小，从而引导了重积速率的降矮.（2）随着Ar气分子的删加，溅射本子与Ar气分子的碰碰次数洪量减少，那引导溅射本子能量正在碰碰历程中大大益坏，以致粒子到达基片的数量缩小，重积速率低重.通过考查及对付截止的分解不妨得出如下论断：正在其余参数稳定的条件下，随着处事气压的删大，重积率先删大后减小.正在某一个最佳处事气压下，有一个对付应的最大重积率.虽然以上处事气压与重积率的关系程序不过正在杂铜靶材战陶瓷基片上得到的，然而对付其余分歧靶材与基片的镀膜工艺钻研也具备一定的参照代价.参照文献［1］王删祸. 真用镀膜技能. 电子工业出版社，2008.［2］程守洙，江之永. 一般物理教. 北京：下等培养出版社, 1982.［3］宽一心，林鸿海. 薄膜技能. 北京：刀兵工业出版社,1994. ［4］.。
磁控溅射原理
Making the IMPOSSIBLE possible
三种磁控溅射对比
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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
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
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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
射频辉光放电
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率增高到射频频率时即可 产生稳定的射频辉光放电。
射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量，所以减小 了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电压。
射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导电体，可以溅射 任何材料，因此射频辉光放电广泛用于介质的溅射。
815－TCO
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2
outline
磁控溅射原理 磁控溅射分类 直流平面靶溅镀Al电极 中频旋转靶溅镀ZAO和ITO
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磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？
磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？第一：靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。
在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。
反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。
在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。
第二：靶中毒的影响因素影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。
反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。
如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。
在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。
如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。
第三：靶中毒现象(1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极溅射无法进行下去。
（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。
第四：靶中毒的物理解释（1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。
(完整版)磁控溅射靶材中毒.docx
磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？A:第一：靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。
在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。
反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。
在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。
第二：靶中毒的影响因素影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。
反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。
如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。
在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。
如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。
第三：靶中毒现象(1) 正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电 --- 打弧，使阴极溅射无法进行下去。
（ 2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。
第四：靶中毒的物理解释（1 ）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。
磁控溅射专业词汇
TCO磁控溅射专业词汇TCO（Transparent conductive oxide）玻璃，即透明导电氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜。
AZO ZnO：Al （Al-doped ZnO，Aluminum-doped zinc oxide）氧化铟锡ITO Indium-Tin-Oxide In2O3：SnO2氧化锡掺氟FTO SnO2：F其中AZO ，ITO，FTO均为TCO的一种。
磁控溅射Magnetron sputtering中频MF Mid-frequency直流DC Direct current交流AC Alternating current射频RF Radio frequency物理气相沉积PVD Physical V apor Deposition化学气相沉积CVD Chemical V apor Deposition等离子体增强化学气相沉积PECVD Plasma enhanced CVD双平面阴极Double planar Cathode孪生阴极Twin-Mag Cathode旋转阴极Rotatable CathodeAZO陶瓷靶AZO ceramic target高纯度靶high purity target透过率transmittance反射率reflectivity吸收率absorbtivity空气质量AM air mass面电阻sheet resistance辉光放电glow discharge起辉电压discharge voltage打弧arcing离子轰击ion bombardment靶中毒target poisoning载流子浓度carrier concentration霍耳迁移率Hall mobility电阻率specific resistivity四探针（测量面电阻）Four-point-probe托架carrier装片台Load locking进口室Entrance chamber加热室Heating chamber传送室transfer chamber溅射室sputter chamber冷却室Cooling chamber出口室Exit chamber冷却系统cooling system抽气系统pumping system排气装置exhaust阻挡层Barrier film透明电极Transparent electrode工艺气体Process Gas衬底温度Substrate Temperature溅射功率Sputter power功率密度Power density动态沉积速率dynamic deposition rate/dynamic sputtering speed 预溅射presputtering溅射速率Sputter rate靶材利用率target utilization靶材寿命target lifetime洛伦兹力Lorentz force磁场强度Magnetic field strength惰性气体Noble gas（Ar Argon）生产速率growing speed薄膜结构film structure热电偶thermocouple靶材冷却target cooling本底真空base pressure粗真空rough vacuum 1.01×105～1.33×103Pa高真空high vacuum 1.33×10-1～1.33×10-6Pa超高真空ultra high vacuum 1.33×10-6～1.33×10-10Pa 0.5%盐酸diluted hydrochloric acid刻蚀etching在线中频磁控反应溅射in-line reactive MF magnetron sputtering 晶粒尺寸Grain size阳极，正极node阴极，负极Cathode阴极防蚀Cathodic Protection冷阴极真空规MPG薄膜电容规CDG质量流量计MFC mass flow controller螺杆泵Screw Pump旋片泵Rotary V ane Pump罗茨泵Roots Pump分子泵Turbomolecular Pump漏率leak rate压缩空气compressed air节拍cycle time锁阀Lock valve泵组Pump Unit单晶硅Mono crystal silicon晶体硅C-Si, crystalline-silicon微晶硅microcrystal silicon非晶硅amorphous silicon a-Si:H碲化镉CdTe Cadmium-Tellurid铜铟镓硒CIGS Copper Indium Gallium Diselenide CIS Copper-Indium-Diselenide砷化镓GaAs Galllium Arsenid太阳能薄膜电池thin film solar cell非晶硅太阳电池（a—si太阳电池）amorphous silicon solar cell 附着力（薄膜与基体间）adhesion均匀（薄膜厚度）uniformity绝缘的insulating二极管Diode施主Donator受主Acceptor空穴Hole电子Electron离子Ion原子Atom光吸收Absorption of the photons太阳能电池成本收回时间Marginal cost payment time电池板模块Module额定功率Module rated power转换效率Conversion Efficiency多子Majority charge carrier描述半导体里的带电体，通常决定于掺杂的类型，例如在p型多子是空穴，n型多子则是电子。
影响磁控靶溅射电压的几个因素
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
影响磁控靶溅射电压的几个因素
影响磁控靶溅射电压的主要因素有：靶面磁场、靶材材质、气体压强、阴-阳极间距等。
本文详细分析这些因素距对靶溅射电压的影响。
一、靶面磁场对靶溅射电压的影响
1. 磁控靶的阴极工作电压，随着靶面磁场的增加而降低，也随着靶面的溅射刻蚀槽加深而降低。
溅射电流也随着靶面的溅射刻蚀槽加深而加大。
这是因为靶的溅射刻蚀槽面会越来越接近靶材后面的永久磁钢的强磁场。
因此，靶材的厚度是有限制的。
较厚的非磁性靶材能够在较强的磁场中使用。
当磁场强度增加到0.1T 以上时，磁场强度对溅射电压的影响就不明显了。
2. 铁磁性靶材会对磁控靶的溅射造成影响，由于大部分磁力线从铁磁性材料内部通过，使靶材表面磁场减少，需要很高电压才能让靶面点火起辉。
除非磁场非常的强，否则磁性材靶材必须比非磁性材料要薄，才能起辉和正常运行(永磁结构的Ni 靶的典型值小于0.16cm，磁控靶非特殊设计最大值通常不宜超过3mm，Fe，co 靶的最大值不超过2mm;电磁结构的靶可以溅射厚一些的靶材，甚至可达6mm 厚)才能起辉和正常运行。
正常工作时，磁控靶靶材表面的磁场强度为0.025T~0.05T 左右;靶材溅射刻蚀即将穿孔时，其靶材表面的磁场强度大为提高，接近或大于0.1T 左右。
二、靶材材质对靶溅射电压的影响
1. 在真空条件不变的条件下,不同材质与种类靶材对磁控靶的正常溅射电压会产生一定的影响。
2. 常用的靶材(如铜Cu、铝Al、钛Ti„)的正常溅射电压通常在400~600V 的范围内。
真科磁控溅镀阴极 cathode manual
Page 1矩形磁电管指导说明书Page 3Page 7警告事项――请首先阅读注意－隔膜靶材的冷却系统不要在隔膜上没有靶材或者背板时提供水压阴极采用隔膜冷却方法比常规的靶材冷却有很多优势。
然而这个系统提供水压前需装好一个靶材或者背板。
如果在没有装靶材的情况下提供水压，隔膜将会变形甚至爆破，如果压力大于5bar. 易碎靶材也不应该直接装在薄膜上。
靶材材料和背板的组合的建议，请联系真科－或见说明书中相关章节。
磁控溅镀源运行在可能致命的电压和电流。
必须极其注意确保运行期间的安全接地保护。
绝不要在没装安全盖子时运行。
总是将安全保护与磁电管电源单元通过使用提供的外部安全屏蔽的‘trip’开关互锁。
戴心脏起搏器的人应该远离磁控溅镀源――确保提供的警告标示可以在显眼位置，同时在进入有齿孔溅镀机台或者阴极的房间入口也要有提示。
Page 8磁场和它们的影响：心脏起搏器数据存储真科磁电管会产生很高的磁场强度，并会吸引任何散碎的铁磁性材料到磁电管。
如果没注意到并清除掉的话可能导致放电或短路。
由于这些原因，当从真空腔体移动溅镀源时，确保工作表面清洁没有散碎部件。
对于长期存放，要预防性的采用合适的包装来覆盖。
磁性数据存储媒介也要注意不要靠近磁电管。
例如，所有的电脑硬盘和信用卡都应该与溅镀源保持至少100cm 的距离。
如果磁电管或者磁体通过空运被返送到真科，磁体时作为危险等级的物品，如果没有正确处理的话，可能会干涉飞机的导航系统。
需要填写一个危险物品装运声明表格。
这只能由参加参加过相关空运安全课程或者可以负责包装物品的人来完成。
Page 9拆包和外观收到溅镀源时，拆掉外部包装再检查设备是否在运输期间有损坏。
如果有明显的损坏，请立即知会真科。
一些固定螺丝可能会在运输过程中松动，主要取决于产品的设计。
参考组装图纸确认螺丝的条件。
如果松了，再次锁紧。
拆开O-ring密封任何没有暴露在包装材料的密封圈都已经轻轻的涂抹了真空油，可准备直接应用了。
微弧离子镀技术探讨——反应溅射中的靶中毒问题
微弧离子镀技术探讨——反应溅射中的靶中毒问题现代表面工程的发展越来越多地需要用到各种化合物薄膜，反应磁控溅射技术是沉积化合物薄膜的主要方式之一。
沉积多元成分的化合物薄膜，可以使用化合物材料制作的靶材溅射的沉积，也可以在溅射纯金属或合金靶材时，通入一定的反应气体，如氧气、氮气，反应沉积化合物薄膜，后者被称为反应溅射。
通常纯金属靶和反应气体较容易获得很高的纯度，因而反应溅射被广泛的应用于沉积化合物薄膜。
但是在沉积介电材料或绝缘材料化合物薄膜的反应磁控溅射时，容易出现迟滞现象，如图1所示。
在反应磁控溅射的过程中，溅射沉积室中的反应气体流量较低时（A－B），大部分的反应气体被溅射金属所获，此时沉积速率较高，且几乎保持不变，此时沉积膜基本上属金属态，因此这种溅射状态称为金属模式。
但是当反应气体的流量的值增加到临界值B 时，金属靶与反应气体作用，在靶表面生层化合物层。
由于化合物的二次电子的发射系数一般高于金属，溅射产额降低，此时反应气体的流量稍微增加（B－C），沉积室的压力就是突然上升，溅射速率会发生大幅度的下降，这种过程称为过渡模式。
通常高速率反应溅射过程工作在过渡模式。
此后反应气体流量再进一步增加，气体流量与沉积室压力呈线性比例，沉积速率的变化不大，沉积膜呈现为化合物膜，此时的溅射状态称为反应模式。
在溅射处于反应模式时，逐渐减小反应气体流量（D－E），溅射速率不会由C 立刻回升到B，而呈现缓慢回升的状态，直到减小到某个数值E，才会出现突然上升到金属模式溅射状态时的数值，这是因为反应气体保持高的分压，直到靶材表面的化合物被溅射去除，金属重新曝露出来，反应气体的消耗增加，沉积室压力又降低，这样就形成了闭合的迟滞回线。
类似于上述溅射速率与反应气体流量之间的迟滞回线的还有靶电压与反应气体流量之间的迟滞回线，两条迟滞回线的趋势完全相同。
图1 反应磁控溅射的迟滞现象示意图反应溅射中的迟滞效应是不希望有的。
迟滞现象使某些化学剂量比的化合物不能通过反应溅射获得，并且反应气体与靶材作用生成的化合物覆盖在靶材表面，积累大量的正电荷无法中和，在靶材表面建立越来越高的正电位，阴极位降区的电位随之降低，最终阴极位降区电位降减小到零，放电熄灭，溅射停止，这种现象称为“靶中毒”。
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磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？
A:第一：靶面金属化合物的形成。
由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。
在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。
反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。
在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。
第二：靶中毒的影响因素
影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。
反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。
如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。
在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。
如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。
第三：靶中毒现象
(1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极溅射无法进行下去。
（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。
第四：靶中毒的物理解释
（1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。
从而降低了溅射速率。
一般情况下磁控溅射的溅射电压在400V-600V之间，当发生靶中毒时，溅射电压会显著降低。
（2）金属靶材与化合物靶材本来溅射速率就不一样，一般情况下金属的溅射系数要比化合物的溅射系数高，所以靶中毒后溅射速率低。
（3）反应溅射气体的溅射效率本来就比惰性气体的溅射效率低，所以反应气体比例增加后，综合溅射速率降低。
第五：靶中毒的解决办法
（1）采用中频电源或射频电源。
（2）采用闭环控制反应气体的通入量。
（3）采用孪生靶
（4）控制镀膜模式的变换：在镀膜前，采集靶中毒的迟滞效应曲线，使进气流量控制在产生靶中毒的前沿，确保工艺过程始终处于沉积速率陡降前的模式。
C:靶中毒是由于在溅射过程中带正电的离子聚集在靶表面，没有得到中和，出现靶表面负偏压逐步下降，最后干脆罢工不工作了，这就是靶中毒现象。
E:污渍影响不大~打火是有绝缘部位造成的，一般是局部中毒或者赃物。
靶材中毒是因为功率密度太低，相对于过量的反应气体不能及时蒸发掉（或溅射），会残留靶材表面，造成导电性能下降，从而进入中毒状态。
轻者无法起辉光，重者报废电源~。