直流磁控溅射电压波动问题
影响磁控靶溅射电压的几个因素
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。
3. 有的难溅射的靶材(如锰Mn、铬Cr 等) 的溅射电压比较高, 通常需700V 以上才能完成正常磁控溅射过程;而有的靶材(如氧化铟锡4. 实际镀膜过程中，由于工作气体压力变化，或阴极与阳极间距偏小(使真空腔体内阻抗特性发生变化)，或真空腔体与磁控靶的机械尺寸不匹配，同时选用了输出特性较软的靶电源等原因，导致磁控靶的溅射电压(即靶电源输出电压)远低于正常溅射示值，则可能会出现靶前存虽然呈现出很亮的光圈，就是不能见到靶材离子相应颜色的泛光，以至不能最后溅射成膜的状况。
磁控溅射靶材表面放电不稳定现象
磁控溅射靶材表面放电不稳定现象
磁控溅射是一种常用于制备薄膜的技术，其原理是将固体靶材通过离子轰击的方式溅射到基底上形成薄膜。
然而，磁控溅射过程中可能会出现表面放电不稳定现象。
表面放电不稳定现象主要是因为靶材表面的氧化物或其它污染物引起的。
这些污染物会导致靶材表面的电阻增加，从而使得溅射过程中产生的高能离子无法有效地击中表面，从而引起表面放电。
表面放电不稳定现象会对薄膜的制备造成一系列问题，比如使得薄膜的成分变化、厚度不均匀、结晶度下降等。
为了解决这一问题，可以采取以下措施：
1. 靶材表面清洁：定期对靶材进行表面清洁，去除氧化物和污染物。
2. 靶材预处理：在溅射开始之前，对靶材进行预处理，例如通过加热或者离子轰击等方式，去除表面的氧化物。
3. 控制气氛条件：优化溅射腔室的气氛条件，控制气氛中的气体成分和压力，避免污染物的存在。
4. 控制溅射参数：合理选择溅射功率、离子束能量和角度等参数，改善离子轰击表面的效果，减少放电现象。
综上所述，通过靶材表面的清洁和预处理、优化气氛条件以及
合理控制溅射参数等措施，可以有效降低磁控溅射过程中的表面放电不稳定现象，提高薄膜制备的质量和稳定性。
工艺参数对直流反应磁控溅射ZnO_Al薄膜沉积速率的影响
第46卷第2期2009年3月真空VACUUMVol.46,No.2Mar.2009收稿日期：2008-04-27作者简介：邹上荣（1984-），男，湖南省娄底市人，硕士生。
联系人：王海燕，教授。
工艺参数对直流反应磁控溅射ZnO:Al 薄膜沉积速率的影响邹上荣，王海燕，耿梅艳,穆慧（郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室，河南郑州450052）摘要：实验以合金靶材在玻璃衬底上运用直流反应磁控溅射法制备了ZAO (ZnO:Al)透明导电薄膜样品。
研究了O 2气流量，衬底温度，以及反应气压和溅射功率等工艺参数对ZAO 薄膜沉积速率的影响规律。
结果表明：沉积速率随O 2气流量的增加显著降低,靶面溅射模式由金属模式转变为氧化物模式，而且这种转变趋势在改变其他参数时依然明显；沉积速率随溅射功率的增大几乎成线性增加，但随衬底温度的变化并不大；在反应气压增大的情况下,沉积速率不断上升,达到最大值后,又随气压的增大不断下降。
关键词：ZAO 薄膜；直流反应磁控溅射；沉积速率中图分类号：TB43文献标识码：A文章编号：1002-0322（2009）02-0045-04Effect of Technological parameters on deposition rate of ZAO films prepared byDC magnetron reactive sputteringZOU Shang-rong,WANG Hai-yan,GENG Mei-yan ，MU Hui(Key Laboratory of Material Physics,Department of Physics,Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,China)Abstract:The ZAO (ZnO :Al)transparent conductive films were deposited on glass substrates by DC magnetron reactivesputtering process with an alloy target.To control the film thickness,the influence of such technological parameters as oxygen flow rate,substrate tempreture,reaction pressure and sputtering powe on the film deposition rate was studied systematically.The results showed that the deposition rate decreases greatly with the increasing oxygen flow rate,and the mode of sputtering from target is transformed into oxide mode from metal one.The abrupt transform keeps obvious no matter how other parameters change.The deposition rate increases almost linearly with increasing sputtering power,but it is not sensitive to substrate tempreture.Besides,the deposition rate increases first to a certain extent with increasing reaction pressure then decreases gradually.Key words ：ZAO film;DC magnetron reactive sputtering process;deposition rate近年来，铝掺杂氧化锌(ZAO)透明导电薄膜受到了普遍重视，其原因是这种薄膜具有低电阻率、高可见光透过率和对红外波段的高反射率等优异的光电性能，并且ZAO 薄膜的原材料丰富、成本低廉、化学稳定性好、易于实现工业化大面积镀膜等优点，有望在太阳能电池、平板显示器等光电装置中得到广泛应用[1]，因此ZAO 薄膜是值得深入研究的新一代透明导电材料。
直流磁控溅射起电弧的原因
直流磁控溅射起电弧的原因1. 引言直流磁控溅射是一种常用的表面涂层技术，可用于提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
在直流磁控溅射过程中，电弧的起源是一个重要的问题。
本文将详细探讨直流磁控溅射起电弧的原因。
2. 直流磁控溅射的基本原理直流磁控溅射是利用直流电源提供电流，通过磁场控制电子和离子的运动，使其沿着磁力线束缚在靶表面，从而实现材料的溅射。
其基本原理如下：•正极靶：通常由溅射材料制成，连接到正极电源上。
正极靶表面会产生离子轰击，产生溅射现象。
•负极底板：通常是待处理的物体，连接到负极电源上。
底板上的溅射物质会沉积，形成薄膜涂层。
•磁控系统：通过磁场控制离子和电子的运动，使其沿着磁力线束缚在靶表面。
3. 直流磁控溅射起电弧的原因直流磁控溅射起电弧的原因可以归结为以下几个方面：3.1 靶表面污染靶表面的污染是导致电弧起源的主要因素之一。
靶材表面可能会存在氧化物、水分、油脂或其他污染物，这些污染物会导致电弧的形成。
当电子轰击靶表面时，污染物会被加热并产生蒸汽，从而形成电弧。
3.2 靶表面缺陷靶表面的缺陷也是导致电弧形成的原因之一。
靶材在制备过程中可能会出现气孔、裂纹或其他缺陷，这些缺陷会导致电弧的产生。
电子轰击到缺陷处时，会产生局部电场强度增加，从而引发电弧。
3.3 靶材表面电离靶材表面的电离是导致电弧起源的另一个重要因素。
当电子轰击靶表面时，会将靶材表面的原子或分子电离成为离子。
这些离子会被加速并沿着磁力线束缚在靶表面，形成等离子体。
当等离子体密度达到一定程度时，会引发电弧。
3.4 引弧电流过大引弧电流过大也是导致电弧形成的原因之一。
当引弧电流超过一定阈值时，电弧就会自发形成。
这通常是由于电源设置不当、电流过载或其他因素导致的。
4. 如何避免电弧的形成为了避免电弧的形成，可以采取以下措施：•保持靶表面的清洁，避免污染物的存在。
•优化靶材制备工艺，减少表面缺陷的产生。
•控制电源参数，避免引弧电流过大。
磁控溅射(同名12320)
磁控溅射1、磁控溅射磁控溅射是一个磁控运行模式的二极溅射。
它与二~四极溅射的主要不同点：一是，在溅射的阴极靶后面设置了永久磁钢或电磁铁。
在靶面上产生水平分量的磁场或垂直分量的磁场(例如对向靶)，由气体放电产生的电子被束缚在靶面附近的等离子区内的特定轨道内运转;受电场力和磁场力的复合作用，沿一定的跑道作旋轮转圈。
靶面磁场对荷电粒子具有约束作用，磁场愈强束缚的愈紧。
由于电磁场对电子的束缚和加速，电子在到达基片和阳极前，其运动的路径也大为延长，使局部Ar气的碰撞电离几率大大增加，氩离子Ar+在电场作用下加速，轰击作为阴极的靶材。
把靶材表面的分子、原子及离子及电子等溅射出来，提高了靶材的飞溅脱离率。
被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿着一定的方向射向基体，最后沉积在基体上成膜。
经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶电源阳极上。
工作气体电离几率的增加和靶材离化率的提高，使真空气体放电时内阻减小，故磁控靶发生溅射沉积时的工作电压较低(多数在4-600V之间)，有的工作电压略高(例如>700V)，有的工作电压较低(例如300V左右)。
磁控溅射发生时，其溅射工作电压主要降落在磁控靶的阴极位降区上。
由于磁控溅射沉积的膜层均匀、致密、针孔少，纯度高，附着力强，可以在低温、低损伤的条件下实现高速沉积各种材料薄膜，已经成为当今真空镀膜中的一种成熟技术与工业化的生产方式。
磁控溅射技术在科学研究与各行业工业化生产中得到了迅速发展和广泛应用。
总之，磁控溅射技术就是利用电磁场来控制真空腔体内气体“异常辉光放电”中离子、电子的运动轨迹及分布状况的溅射镀膜的工艺过程。
2、产生磁控溅射的三个条件磁控气体放电进而引起溅射，必须满足三个必要而充分的条件：(1)第一，具有合适的放电气体压强P：直流或脉冲中频磁控放电，大约在0. 1 Pa~10Pa 左右)，典型值为5×10-1Pa;射频磁控放电大约在10-1~10-2Pa。
有关磁控溅射的实际问题
一种增磁装置在磁控射频建设纸杯薄膜中的应用（王怀义、刁训刚、王聪、郝维昌、王天民）磁控溅射技术王怡德洛仑兹力F=QVB辉光的强烈程度应该是：过高或过低的真空度都会导致灭辉,真空度太高,自由分子太少,电离后不足以形成等离子体,真空度太低,分子自由程太小,也不利于等离子体的维持.我在做射频清洗的实验时也遇到过高真空起辉而低真空灭辉或匹配不好的情况,后来证明是射频电源的接地处理上出现了问题,经修正后这种情况就没有了.充气流量越大,辉光就越强烈,直到知道气压超过一定压力本论文中样品采用中科院沈阳科学仪器厂JGP350型磁控溅射镀膜机制备，真空抽气系统由机械泵（前级泵）和分子泵（主泵）组成，极限真空度可达2.0×10-4Pa。
溅射系统配有三个立式靶，其中两个接射频阴极（RF），另一个接直流阴极（DC）。
RF的溅射功率可在0～200W之间调节，直流电源电压为0～2000V。
中间样品控制架上有3个样品夹具，样品控制架可通过旋转来选择所要溅射的靶。
其中一个样品位的后面有加热电阻丝，可对该位置上的衬底加热，使得衬底温度在室温与400℃之间可调。
靶和衬底间距为5cm。
由于靶材CdTe 和ZnTe陶瓷靶的电导率较低，所以采用射频溅射模式。
工作气体为氩气。
磁控溅射所用靶材是纯度为99.999%的ZnTe和CdTe化合物陶瓷靶，靶材直径为100mm、厚6mm。
沉积薄膜用的衬底均为普通玻璃，衬底厚1mm，长宽为2.5×6cm。
射频溅射时，采用高频射频电源（13.56MHz），分别将靶材和真空室的其他部分耦合在电源的两极，衬底处于靶材对应的位置，与靶材间距为5cm，射频磁控溅射时放电的过程（工作气体为Ar气）： 1）无光放电打开射频电源及电流显示器，即会有十毫安以下以下的电流显示。
这时真空室中一般会有几帕到几十帕的Ar压，始终有少量Ar处理游离态，以电子和Ar正离子的状态存在。
并维持微弱的电流。
然后随着电压的增加，电流会逐渐增加。
直流磁控溅射中磁场强度和阴极电压对圆平面靶刻蚀形貌的影响
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
直流磁控溅射中磁场强度和阴极电压对圆平面靶刻蚀形貌
的影响
本文借助Comsol 和Matlab 软件模拟了直流磁控溅射圆平面靶系统的磁场分布和荷电粒子分布，对不同磁场强度和阴极电压条件下的荷电粒子分布
进行了模拟分析，通过比较靶面离子流密度分布曲线发现：当磁场强度增强
时，靶面离子流密度分布曲线会变得更加陡窄;当阴极电压变化时，靶面离子流密度分布曲线几乎没有变化。
说明靶材的刻蚀形貌会随磁场强度增强而变窄，
而阴极电压变化对靶材的刻蚀形貌没有影响。
上述结论对直流磁控溅射工艺参
数优化具有一定的理论指导意义。
在各种溅射镀膜技术中，由于磁控溅射技术具有能制备高熔点材料、复
合材料薄膜以及沉积速率快、可控性好等优点，应用十分广泛。
但是真空技术
网(chvacuum/)分析发现磁控溅射也存在一些显著的缺点，如靶表面磁场的不均匀分布导致靶表面不均匀刻蚀，靶材利用率低。
圆平面磁控溅射靶是实际应用
中一种比较常用的靶，磁场强度和阴极电压是磁控溅射中常用的两个工艺参
数。
基于此，本文模拟了直流磁控溅射圆平面靶系统的磁场分布和荷电粒子分布，分析了磁场强度和阴极电压大小对靶材刻蚀形貌的影响，从而可以对直流
磁控溅射工艺参数优化具有一定的理论指导意义。
1、圆平面靶系统的磁场模拟圆平面磁控溅射靶的磁体排布的特殊结构导致其磁场和荷电粒子呈轴对称分布，因此可以采用二维轴对称模型进行模拟计算。
首先，在Comsol 中建立圆平面磁控溅射靶的二维轴对称模型，如然后对材料定义物理参数，接着给定边界条件，内边界设置成连续，外边界设置成。
磁控溅射镀膜的原理与故障分析
速 率 以及 工 艺 的 稳 定 性 和 重 复 性 是 人 们 非 常 关 心 的 问题 ，而 设 备 的稳 定 性 直 接 决定 了工 艺 的稳 定 性 。本 文 以某 型 号 磁 控 溅 射 台为 例 ，通 过研 究此 磁 控 溅 射 台 的结 构 、原理 和 影 响工 艺稳 定性 的 因 素 ， 并 结 合 维 修 中 的 经 验 ，来 分 析 磁 控 溅 射 台 的常 见
膜 以其高速 、低温 、几乎可 以溅射任何材料的特 点， 故 障 与 解 决 方 法 。
收 稿 日期 ：２０１３．０５．０６
电子专用设备研 制
电 子 工 业 专 用 设 备
－
１ 磁 控 溅 射 台 的 结 构 和 原 理 【 】
磁 控 溅 射 的种 类 很 多 ，按 所 用 电源 分 ，可 以 分 为 直 流 磁 控 溅 射 、射 频 磁 控 溅 射 、中频 磁 控溅 射 。
Ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ Ｍ ａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
ＨＡ Ｏ Ｘｉａｏｌｉａｎｇ
（Ｔｈｅ １ ３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００５ １，Ｃｈｉｎａ）
磁控溅射六大常见问题点及解决对策
磁控溅射六大常见问题点及解决对策磁控溅射镀膜机工作原理是在真空状态下，使用弧光放电和辉光放电的工作原理。
在金属和非金属的工件表面上镀制金色的氮化钛，黑色碳化钛，七彩的氮氧化钛等。
亦可镀防腐蚀膜（如AL,Cr不锈钢及TiN等）和耐磨膜，膜层与基底结合牢固，利用溅射工艺进行镀膜，可提高膜层的附着力、重复性、致密度、均匀度等特点。
适合于塑料制品、陶瓷、树脂、水晶玻璃制品等、工艺品、塑料手机壳、电子产品、建材等行业，具有很好的发展前景。
磁控溅射镀膜工艺六大常见问题点及改善对策：1.膜层灰暗及发黑(1)真空度低于0.67Pa。
应将真空度提高到0.13-0.4Pa。
(2)氩气纯度低于99．9％。
应换用纯度为99．99％的氩气。
(3)充气系统漏气。
应检查充气系统，排除漏气现象。
(4)底漆未充分固化。
应适当延长底漆的固化时间。
(5)镀件放气量太大。
应进行干燥和封孔处理2.膜层表面光泽暗淡(1)底漆固化不良或变质。
应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。
(2)溅射时间太长。
应适当缩短。
(3)溅射成膜速度太快。
应适当降低溅射电流或电压3.膜层色泽不均(1)底漆喷涂得不均匀。
应改进底漆的施涂方法。
(2)膜层太薄。
应适当提高溅射速度或延长溅射时间。
(3)夹具设计不合理。
应改进夹具设计。
(4)镀件的几何形状太复杂。
应适当提高镀件的旋转速度4.膜层发皱、龟裂(1)底漆喷涂得太厚。
应控制在7—lOtan厚度范围内。
(2)涂料的粘度太高。
应适当降低。
(3)蒸发速度太快。
应适当减慢。
(4)膜层太厚。
应适当缩短溅射时间。
(5)镀件温度太高。
应适当缩短对镀件的加温时间5.膜层表面有水迹、指纹及灰粒(1)镀件清洗后未充分干燥。
应加强镀前处理。
(2)镀件表面溅上水珠或唾液。
应加强文明生产，操作者应带口罩。
(3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。
应严禁用手接触镀件表面。
(4)涂料中有颗粒物。
应过滤涂料或更换涂料。
(5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。
磁控溅射电源的作用
磁控溅射电源的作用
一、磁控溅射原理
磁控溅射是利用磁场约束等离子,使其螺旋运动而获得较高离子化率和离子密度,并利用磁场聚集等离子轰击靶材,使靶材原子溅射到基体上形成薄膜的过程。
二、磁控溅射电源的组成
磁控溅射电源主要由直流电源、匹配电路、电磁线圈等组成。
直流电源为系统提供直流电能,匹配电路实现加载阻抗的匹配,电磁线圈产生磁场。
三、磁控溅射电源的主要功能
1. 提供稳定的直流放电电压,维持等离子体的正常放电。
2. 通过调节放电参数,控制等离子体密度和能量。
3. 电力匹配,提高系统的电能传输效率。
4. 为电磁线圈供电,形成磁场,约束和聚集等离子。
四、磁控溅射电源的重要性
磁控溅射电源的输出电压波形稳定、匹配效果好,直接影响磁场的形成、等离子体的激发与控制,进而影响溅射过程中的离子激发、靶材溅射和薄膜沉积。
因此电源的性能直接关乎磁控溅射过程的稳定性。
五、磁控溅射电源的发展趋势
提高稳定性、灵活可控、高效匹配是电源发展的重点。
开发脉冲电源、中频电源等新型电源,实现过程控制;研发先进匹配电路,提高系统效率。
磁控溅射常见问题
泵的故障（组合泵与分子泵）一、泵无法启动原因及处理：1、泵的接线错误，正确连接泵的接线。
2、电机保护开关设定错误，正确设定电机保护开关。
3、工作电压与电机不匹配，更换电机。
4、电机故障，更换电机。
5、油温低于12℃，加热泵和泵油或更换泵油。
6、泵油太粘，选用合适的油等级。
7、返油过滤器或油路堵死，更换油过滤器或清洁油路。
8、交流接触器坏了，更换。
二、泵无法达到极限真空原因及处理：1、内部漏气，修理泵体。
2、止回阀失效，修理止回阀。
3、油路堵死，清洁油箱。
4、真空管路脏了，清洁真空管路。
三、泵的抽速太慢原因及处理：1、进气口的过滤网堵了，清洁过滤网。
2、回路上滤油器堵了，更换滤油器。
3、止回阀太重，难打开，检查弹簧的伸缩长度。
四、停泵压力上升过快原因及处理：1、系统漏气，检查系统。
2、止回阀失效，修复止回阀。
五、泵过热原因及处理：1、油位太低，加油到正确的油位。
2、油路堵了，清洁或更换油路。
六、泵有异响原因及处理：1、油过滤器堵了，更换油和油过滤器。
2、皮带太松，张紧皮带或更换皮带。
系统故障一、卡片原因及处理：1、传感器失灵，检查或调整舌片高低位置、检查接线口接触是否良好，若都正常则更换传感器。
2、传动轴卡死，更换轴承。
3、链条脱开、断开，检查是否有传动轴卡死现象，若有则如上2方法处理，反之则重新接好链条及调整链条的张紧度。
4、玻璃片跑偏，拆掉侧面盲板或观察圈，手动将片传出，调整送片机构现送片试至OK.二、芯片刮伤原因及处理：1、传感器问题引起的刮伤，检查传感器，查看是否顶针有明显磨擦痕迹，如果是应该更换传感器或调整传感器位置。
2、员工作业过程中不规范操作引起的三、靶短路现象：高功率时，出现“低电压高电流”的现象。
一般电压低于5V。
原因及处理：1、不稳定，间歇性短路；将电压轰击装置的输出电源的航空插头分别接上靶座阴阳极插头。
调整轰击装置的输出电压，通过高电压将造成短路的毛刺打掉。
2、电压轰击后无效直接短路：将挡条拆下，用打磨机将上面的毛刺打掉。
溅射气压对直流电源磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响
第39卷增刊 人 工 晶 体 学 报 V o.l 39Supple m ent 2010年6月 J OURNAL O F S YNTHET IC CRY STALS June ,2010溅射气压对直流电源磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响李林娜,陈新亮,孙 建,耿新华,赵 颖(南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300071)摘要:以Zn O A l 2O 3(2w t%)陶瓷为溅射靶材,采用直流磁控溅射的方法,在普通玻璃衬底上制备ZnO A l(AZO )薄膜,研究了溅射气压对AZO 薄膜的结构特性、表面形貌及其光电性的影响。
XRD 和SE M 测试表明所有样品均为多晶六角纤锌矿结构,薄膜呈(002)晶面择优生长。
用体积百分比为0.5%稀盐酸对制备的AZO 薄膜进行腐蚀制绒,腐蚀后其表面形貌随溅射气压的不同而改变。
在适当溅射气压下(~1.5mTo rr)制备的薄膜,通过溅射后腐蚀工艺,可获得表面形貌具有特征陷光结构的A ZO 薄膜,其表面呈现 弹坑 状,薄膜的绒度随表面形貌的不同而变化。
同时通过优化制备工艺,所有溅射气压下制备的A ZO 薄膜在可见光及近红外范围的平均透过率大于80%,电阻率低于8.5 10-4 c m,可以满足硅基薄膜太阳电池对透明前电极光电性能的要求。
关键词:磁控溅射;氧化锌薄膜;溅射气压中图分类号:o484 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)S1 0118 05基金项目:天津市科技攻关项目(No .06YFGZGX02100);国家重点基础研究发展计划(973)项目(No .2006CB202602,2006CB202603);天津市应用基础及前沿技术研究计划(No .09J CYBJ C06900)作者简介:李林娜(1980 ),女,天津市人,博士研究生。
磁控溅射启辉电压及机理
1磁控溅射启辉电压波动和机理 牟宗信*，邓新绿，苟伟，李国卿，张鹏云（大连理工大学 三束材料表面改性国家重点实验室, 辽宁 大连 116024）摘 要：磁控溅射沉积技术被广泛应用于沉积各种功能薄膜。
深入研究其放电特性对控制沉积过程有重要意义。
在磁控靶表面，和电场正交的磁场影响放电特性，一般由来表达，其中n V I ∝I 为放电电流，V 为放电电压，n 为和阴极结构、磁场和材料有关的常数。
在某些特殊的阴极结构和放电参数条件，放电特性也会偏离这种规律。
本文研究发现在磁控靶起辉的过程中，阴极电压会出现有规律的波动，波动的幅度在50-350V 之间，放电电流也有波动，幅值小于2A，当波动停止，放电电流达到由控制的数值；在相对应电压范围，降低阴极电压也出现同样现象。
推测阴极电压波动是进入稳定放电过程的临界状态，这种现象与磁控辉光放电雪崩过程和霍尔电流的形成有关。
本文根据汤生雪崩放电理论分析了出现电压波动的原因。
nV I ∝关键词:等离子体/磁控溅射；辉光放电；汤生理论1引言随着表面工程技术发展和功能薄膜广泛应用于装饰、光电、微机电和微电子领域，要求精确控制薄膜的形貌、结构，以获得需要的光电、机械性能[1]。
薄膜的不同生长模式受到沉积参数影响，结构-区域模型（Structure-Zone-Model ）中包含了偏压，离子/原子到达比和基体温度三种基本沉积参数[2]，沉积的过程中，偏压调节带电粒子能量，基体温度可以独立控制，放电特性是控制薄膜生长的另一种关键因素，通过影响等离子体状态影响粒子迁移、形核和生长等过程，在原子尺度上控制薄膜的生长。
磁控溅射原理是利用了B E v v ×交叉场对电子的约束作用[1]，提高阴极前的电荷密度和电离率，磁控靶表面等离子体是封闭环状。
阴极鞘层有很强的电场，放电气体和溅射原子的电离主要发生在阴极鞘层，阴极表面的电荷在静电力和密度梯度作用下向沉积区域迁移，这个过程可以用等离子体理论描述[3-6] 。
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。
有关磁控溅射的实际问题
一种增磁装置在磁控射频建设纸杯薄膜中的应用（王怀义、刁训刚、王聪、郝维昌、王天民）磁控溅射技术王怡德洛仑兹力F=QVB辉光的强烈程度应该是：过高或过低的真空度都会导致灭辉,真空度太高,自由分子太少,电离后不足以形成等离子体,真空度太低,分子自由程太小,也不利于等离子体的维持.我在做射频清洗的实验时也遇到过高真空起辉而低真空灭辉或匹配不好的情况,后来证明是射频电源的接地处理上出现了问题,经修正后这种情况就没有了.充气流量越大,辉光就越强烈,直到知道气压超过一定压力本论文中样品采用中科院沈阳科学仪器厂JGP350型磁控溅射镀膜机制备，真空抽气系统由机械泵（前级泵）和分子泵（主泵）组成，极限真空度可达2.0×10-4Pa。
溅射系统配有三个立式靶，其中两个接射频阴极（RF），另一个接直流阴极（DC）。
RF的溅射功率可在0～200W之间调节，直流电源电压为0～2000V。
中间样品控制架上有3个样品夹具，样品控制架可通过旋转来选择所要溅射的靶。
其中一个样品位的后面有加热电阻丝，可对该位置上的衬底加热，使得衬底温度在室温与400℃之间可调。
靶和衬底间距为5cm。
由于靶材CdTe 和ZnTe陶瓷靶的电导率较低，所以采用射频溅射模式。
工作气体为氩气。
磁控溅射所用靶材是纯度为99.999%的ZnTe和CdTe化合物陶瓷靶，靶材直径为100mm、厚6mm。
沉积薄膜用的衬底均为普通玻璃，衬底厚1mm，长宽为2.5×6cm。
射频溅射时，采用高频射频电源（13.56MHz），分别将靶材和真空室的其他部分耦合在电源的两极，衬底处于靶材对应的位置，与靶材间距为5cm，射频磁控溅射时放电的过程（工作气体为Ar气）： 1）无光放电打开射频电源及电流显示器，即会有十毫安以下以下的电流显示。
这时真空室中一般会有几帕到几十帕的Ar压，始终有少量Ar处理游离态，以电子和Ar正离子的状态存在。
并维持微弱的电流。
然后随着电压的增加，电流会逐渐增加。
解锁时直流电压异常波动原因及改进
解 锁 时 直 流 输 电 系 统 产 生 电 压 异 常 波 动 问
题 一 直 是 困 扰 直 流 输 电成 功 解 锁 的 重 要 原 因 之
一
，
特 别 是 逆 变 侧 解 锁 时 电 压 波 动 范 围 无 规 律
时大时小 ， 导 致 换 相 失 败误 判 的情 况 经 常 发生 ，
期 间 交 流 母 线 电 压 并 没 有 出 现 回 升 的波 动 ，直 到 最 小 交 流 滤 波 器 组 投 入 后 ，才 开 始 回 升 ，且 没 有 出 现 跌 落 ，交 流 母 线 电压 没 有 出 现 畸 变 而 是 逐 渐 趋 于 稳 定 ，稳 定 后 的 电 压 高 于 解 锁 前 电 压 是 因 为 交 流 滤 波 器 组 的 投 入 后 无 功 水 平 比之 前 高 的 缘 故 。解 锁 过 程 中 直 流 电压 也 随 之 趋 于
如 果 在 正 式 投 入 使 用 后 电 压 异 常 波 动 问 题 可 能 会 严 重 影 响 云 南 电 网直 流 输 电 、乃 至 电 网 主 网
架 的 安 全 稳定 运 行 。
１ 直 流 电压 电流 异 常 波动 影 响
１ ）直 流 电压 异 常 波 动 严 重 时 会 导 致 逆 变 侧 换 流 变 两 侧 功 率 不 一 致 ，极 控 系 统 定 熄 弧 角 控 制 ［ ３ ］ 和定 电 压控 制 解 锁 过 程 中频 繁 切 换 ，换 相 失 败 产 生 的 概 率 增 大 ，影 响 系 统 运 行 的 安 全 性
和稳定性 。
２）直 流 电压 的异 常 波 动 超 过 预 期 范 同 ，可 能 会 导 致 阀 保 护 性 触 发 功 能 动 作 。 换 流 阀是 由 众 多 晶 闸 管 串联 组 成 ， 为 了 保 证 众 多 串 联 晶 闸 管 导 通 的 一 致 性 ，必 须 强 触 发 ，晶 闸 管 在 触 发 导 通 后 ，无 法 控 制 其 关 断 ，只 有 电 流 过 零 后 施 加 反 压 ， 才 能 自行 关 断 。若 在 正 向触 发 导 通 的 过 程 中 ，期 内 电压 异 常 波 动 电压 刚 好 产 生 在 电 流 过 零 点 ，某 个 晶 闸管 突 然 关 断 ，将 会 导 致 全 阀 高 压 雪 崩 般 的 聚 集 在 该 晶 闸 管 两 端 ，导 致 该 晶 闸 管 被 击 穿 ，这 时 候 就 需 要 阀 的 保 护 性 触 发 功 能 动 作 来 保 护 晶 闸 管 。 当 换 流 阀 中 启 动 保 护 性 触 发 功 能 的数 量 超 过 了设 定 值 ，一 般 为 ３至 ５ 个 晶 闸 管 保 护 性 触 发 功 能 动 作 ，就 会 引 起 直 流 系统停运 。
直流磁控溅射电压波动问题
直流磁控溅射电压波动问题
观察发现，平时在镀膜中，氩气和氮气，气体流量不变，工作电流不变，可是电压却在不停的波动。
比如说14#炉在在第六层镀膜工艺时，Ar：120sccm, N2：72sccm，铝靶电流恒定在40mA,可是靶电压一直在313V~320V之间波动。
进一步观察发现：电压波动有一定的周期性，总是从最低值313V 波动到320V，再从320V波动到313V,每个周期时间为10~12秒。
由此猜想，导致电压发生变化的因素也是在周期性变化的。
分析原因：（1）气流波动，我们的反应墙体为近似圆柱形腔体，中间有三个隔板，一段新鲜的反应气体进入腔体，会在腔体中形成回路，导致气体分布不均匀，造成电压波动。
（2）在沉积反应中，靶心的磁铁是不断旋转的，在平时也可以看到，我们的靶心并不是十分均匀地，有得地方存在破损缺口，这样的靶心在旋转时在靶表面产生的磁场也是周期性变化的，因此磁铁不均匀导致的磁场变化也可能是造成电压波动的原因。
磁控溅射原理总结
射频溅射!
射频溅射是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射沉积方法。
由于直流溅射（含磁控溅射）在溅射靶上加负电压，因而就只能溅射导体材料，溅射绝缘靶时，由于放电不能持续而不能溅射绝缘物质。
为了沉积介质薄膜，采用高频电源将使溅射过程摆脱靶材导电性的限制。
通常采用的射频频率为13.56MHz。
当交流电源的频率低于50kHz时，气体放电的情况与直流时候的相比没有根本的改变。
当频率超过50kHz以后，放电过程开始出现变化：1、在两极之间不断振荡运动的电子可从高频电场中获得足够的能量并使得气体分子电离，而由电离过程产生的二次电子对于维持放电的重要性相对下降。
2、高频电场可以经由其它阻抗耦合进入沉淀室，而不必再要求电极一定要是导体。
也可以认为，由于所用电源是射频的，射频电流可以通过绝缘体两面间的电容而流动，从而能对绝缘体进行溅射。
但用金属靶时，与上述绝缘靶的情况不同，靶上没有自偏压作用的影响，只有靶处在负电位的半周期内溅射才能发生。
所以，在普通射频溅射装置中要在靶上串接一个电容，以隔断直流成分，这样金属靶也能受到自偏压作用的影响。
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观察发现，平时在镀膜中，氩气和氮气，气体流量不变，工作电流不变，可是电压却在不停的波动。
比如说14#炉在在第六层镀膜工艺时，Ar：120sccm, N2：72sccm，铝靶电流恒定在40mA,可是靶电压一直在313V~320V之间波动。
进一步观察发现：电压波动有一定的周期性，总是从最低值313V波动到320V，再从320V波动到313V,每个周期时间为10~12秒。
由此猜想，导致电压发生变化的因素也是在周期性变化的。
分析原因：（1）气流波动，我们的反应墙体为近似圆柱形腔体，中间有三个隔板，一段新鲜的反应气体进入腔体，会在腔体中形成回路，导致气体分布不均匀，造成电压波动。
（2）在沉积反应中，靶心的磁铁是不断旋转的，在平时也可以看到，我们的靶心并不是十分均匀地，有得地方存在破损缺口，这样的靶心在旋转时在靶表面产生的磁场也是周期性变化的，因此磁铁不均匀导致的磁场变化也可能是造成电压波动的原因。