磁控溅射原理详细介绍
磁控溅射的原理及应用
磁控溅射的原理及应用1. 什么是磁控溅射磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，通过利用磁场将材料原子或离子从靶材表面释放出来，形成一个薄膜层，沉积在基底表面上的一种方法。
这种方法可以在真空环境中进行，可以用于各种材料包括金属、合金、氧化物等。
2. 磁控溅射的原理磁控溅射的原理基于带电粒子在磁场中的运动规律。
溅射系统通常由一个靶材和一个基底组成，它们被放置在真空室中。
磁控溅射的过程包括以下几个步骤：1.靶材表面被离子轰击，其中的原子或离子被释放出来。
2.磁场控制离子在真空室中的运动轨迹。
3.基底表面上的原子或离子吸附并形成一个薄膜层。
这个过程中，磁场是十分重要的。
磁场会引导离子沿着特定的轨迹运动，使得离子沉积在基底的特定位置上。
磁场还可以控制离子的能量和方向，从而影响薄膜的性质和微结构。
3. 磁控溅射的应用磁控溅射是一种多功能的薄膜沉积技术，广泛应用于各种领域。
3.1 表面涂层磁控溅射可以用于向基底表面沉积各种薄膜层。
这些薄膜层可以具有不同的功能，如防腐、耐磨、导电等。
它们可以用于改善材料的性能和外观。
3.2 光学薄膜磁控溅射可以制备高质量的光学薄膜。
这些薄膜可以应用于光学器件，如镜片、滤光片、反射镜等。
因为磁控溅射是在真空环境中进行的，所以这些光学薄膜可以具有良好的光学性能。
3.3 金属薄膜磁控溅射可以制备金属薄膜。
这些薄膜可以具有高导电性和优良的机械性能，可用于电子器件、导电材料等领域。
3.4 磁性材料磁控溅射还可以制备磁性材料薄膜。
这些薄膜可以具有特定的磁性性能，如高矫顽力、高饱和磁感应强度等。
它们可以应用于磁存储器件、传感器等领域。
4. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜沉积技术，通过利用磁场控制离子运动和沉积位置，可以制备各种功能薄膜。
它在表面涂层、光学薄膜、金属薄膜和磁性材料等领域有着广泛的应用。
磁控溅射技术的发展，为材料科学和工程领域提供了新的可能性，为各种应用提供了高性能的薄膜材料。
磁控溅射
磁控溅射仪1.磁控溅射原理;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（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的足够动量，离开靶被溅射出来。
2.磁控溅射构造磁控溅射薄膜沉积系统包括：气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。
其中(1) 气路系统：与PECVD系统类似，磁控溅射系统应包括一套完整的气路系统。
但是，与PECVD 系统不同的是，PECVD系统中，气路中为反应气体的通道。
而磁控溅射系统气路中一般为Ar、N2等气体。
这些气体并不参与成膜，而是通过发生辉光放电现象将靶材原子轰击下来，使靶材原子获得能量沉积到衬底上成膜。
(2) 真空系统：与PECVD系统类似，磁控溅射沉积薄膜前需要将真空腔室抽至高真空。
因此，其真空系统也包括机械泵、分子泵这一高真空系统。
(3) 循环水冷却系统：工作过程中，一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却，以防止部件损坏。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理
磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，其工作原理主要包括磁场控制和离子控制两部分。
具体的工作原理如下：
1. 磁场控制：磁控溅射系统中一般有一个磁控溅射靶，靶材通常为金属或合金。
该靶材被放置在真空腔室中，并通过电源提供一个较大的直流电流。
这个直流电流会在靶材上产生一个电弧，随后靶材表面的原子会被电弧的高温高能所击打。
2. 离子控制：一个电子枪会产生一个束流的电子，该束流电子被加速，并进入到真空腔室中。
这些高速运动的电子会和靶材表面被击打出来的原子发生碰撞，产生溅射过程。
在这个过程中，靶材上的原子会离开靶材表面，并以高速沉积到待膜的基底材料上。
通过以上两个过程的共同作用，磁控溅射技术可以实现薄膜材料的制备。
在具体操作中，可以通过调节电弧电流、电子束流密度和速度等参数来控制溅射的行为和薄膜的性质。
磁控溅射技术具有简单、灵活、无毒污染等优点，因此在材料制备和表面修饰等领域得到广泛应用。
磁控溅射原理详细介绍
图1 溅射率与Ar气压强的关系
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第一部分 真空镀膜基础
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(2)沉积薄膜的纯度 (2)沉积薄膜的纯度 为了提高沉积薄膜的纯度，必须尽量减少沉积到基片上的杂质的量。这里所说的杂质主要是指真空 室的残余气体。因为通常有约百分之几的溅射气体分子注入沉积薄膜中，特别是在基片加偏压时。欲降 低残余气体压力，提高薄膜的纯度，可采取提高本底真空度和增加送氢量这两项有效措施。 (3)沉积过程中的污染 (3)沉积过程中的污染 众所周知，在通入溅射气体之前，把真空室内的压强降低到高真空区内是很有必要的，因此原有 工作气体的分压极低。即便如此，仍可存在许多污染源: (a)真空室壁和真空室中的其他零件可能会有吸附气体，如水蒸气和二氧化碳等。由于辉光放电中 电子和离子的轰击作用，这些气体可能重新释出。因此，可能接触辉光的一切表面都必须在沉积过程中 适当冷却，以便使其在沉积的最初几分钟内达到热平衡。 (b)在溅射气压下，扩散泵抽气效力很低，扩散泵油的回流现象十分严重。由于阻尼器各板间的距 离相当于此压强下平均自由程的若干倍，故仅靠阻尼器将不足以阻止这些气体进入真空室。因此，通常 需要在放电区与阻尼器之间进行某种形式的气体调节，例如在系统中利用高真空阀门作为节气阀，即可 轻易地解决这一问题。另外，如果将阻尼器与涡轮分子泵结合起来，代替扩散泵，将会消除这种污染。 (C)基片表面的颗粒物质将会使薄膜产生针孔和形成沉积污染，因此，沉积前应对基片进行彻底清 洗，尽可能保证基片不受污染或不携带微粒状污染物。
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第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
使真空容器中Ar气的压力保持为，并逐渐提高两个电极 之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为 这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子 在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图2(b) 中曲线的开始阶段所示的那样。 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快， 即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱 和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个 饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子 之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路 转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于 阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加 到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生 电离，如图2(a)所示。这些过程均产生新的离子和电子，即 碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随着放电 电流的迅速增加，电压的变化却不大。这一放电阶段称为汤 汤 生放电。 生放电 在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这 时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电 晕光斑。因此，这一阶段称为电晕放电 电晕放电。 电晕放电
磁控溅射原理课件
适用材料广泛
磁控溅射可以用于多种金属、非金属 材料的镀膜，满足不同应用需求。
03
磁控溅射过程与机制
磁控溅射过程的物理机制
磁场控制电子运动
在磁控溅射过程中，磁场对电子的运动轨迹起到控制作用，使电子在靶材表面附近区域做回旋运动，延长了电子与气 体分子的碰撞时间，提高了离化率。
高速运动的电子与气体分子碰撞
04
磁控溅射技术的研究与发 展
磁控溅射技术的研究现状
国内外研究概况
磁控溅射技术在国内外的科研机构和 大学中得到了广泛的研究和应用，涉 及材料科学、电子学、光学等领域。
实验研究与理论模拟
当前的研究主要集中在实验研究和理 论模拟两个方面，通过实验验证理论 的预测，同时通过理论模拟指导实验 设计和优化。
阳极
通常为金属材料，与阴极相对 ，用于吸引真空室内的电子。
电源系统
提供直流或交流电，以驱动阴 极和阳极之间的电场。
磁控溅射系统的原理
01
02
03
气体放电
在真空室内，通过电源系 统产生电场，使得气体分 子被电离成带电离子和电 子。
离子加速
带电离子在电场作用下加 速飞向阴极靶材，与靶材 表面原子碰撞并使其溅射 出来。
磁控溅射技术的发展趋势
高效能与环保
随着环保意识的提高和能源的日益紧张，磁控溅射技术正朝着高效能和环保的 方向发展，寻求更低的能耗和更少的废弃物排放。
多功能化
为了满足多样化的需求，磁控溅射技术正朝着多功能化的方向发展，如开发出 适用于不同材料、不同工艺的多功能磁控溅射设备。
磁控溅射技术的前沿问题
新型材料的制备
优良的附着力
由于靶材原子以一定的能量沉积在基片表面，与基片表面 产生较好的附着力。
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/。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理
磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，它利用磁场控制等离子
体中的离子运动，从而实现对靶材的溅射和沉积。
磁控溅射工作原
理主要包括离子轰击、溅射、沉积等过程。
下面将详细介绍磁控溅
射的工作原理。
首先，当工作气体（通常是惰性气体，如氩气）被加热并注入
到真空室中时，气体分子会与电子发生碰撞，从而产生等离子体。
接着，通过在靶材表面施加负电压，离子在电场的作用下加速并轰
击靶材表面，使得靶材表面的原子被击出。
这个过程称为离子轰击。
随后，通过在真空室中设置磁场，可以将离子束聚集并限制在
靶材表面附近，从而增加溅射效率。
在磁场的作用下，离子的轨迹
会呈螺旋状，这样可以使得离子更多地击中靶材表面，并提高溅射
效率。
同时，磁场还可以帮助维持等离子体的稳定性，防止等离子
体扩散到其他区域。
最后，被击出的靶材原子在气体的作用下沉积到基板表面，形
成薄膜。
在沉积过程中，通过控制基板的温度和离子轰击的能量，
可以调控薄膜的结构和性能。
此外，通过改变靶材的成分和形状，
还可以实现对薄膜成分和形貌的调控。
总的来说，磁控溅射工作原理是通过控制离子轰击和溅射过程，实现对薄膜沉积的精确控制。
磁场的作用使得离子束聚集并稳定，
从而提高了溅射效率和沉积质量。
因此，磁控溅射在材料科学和工
程领域有着广泛的应用前景，可以制备出具有特定结构和性能的功
能薄膜材料。
磁控溅射原理
磁控溅射原理磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、信息存储、显示器件等领域。
磁控溅射原理是指在磁场作用下，通过离子轰击靶材使其表面原子或分子脱离并沉积在基底表面形成薄膜的过程。
本文将从磁控溅射的基本原理、设备结构和工艺特点等方面进行介绍。
首先，磁控溅射的基本原理是利用离子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子脱离，并沉积在基底表面形成薄膜。
在磁控溅射系统中，通常采用惰性气体（如氩气）作为溅射气体，通过电离产生的离子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子脱离。
同时，通过外加磁场的作用，使得离子在靶材表面形成螺旋状轨迹，增加了沉积薄膜的均匀性和致密性。
其次，磁控溅射设备通常由真空室、靶材、基底架、溅射源、磁控装置和辅助加热装置等组成。
真空室用于提供高真空环境，保证溅射过程中的稳定性和纯净度；靶材是溅射的原料，可以是金属、合金、化合物等材料；基底架用于放置基底材料，通常需要加热以提高薄膜的结晶度和致密性；溅射源是产生离子的地方，通常采用直流或射频电源产生电弧，将靶材表面的原子或分子脱离；磁控装置用于产生磁场，控制离子轨迹，增加薄膜的均匀性和致密性；辅助加热装置用于提高基底的温度，促进薄膜的结晶生长。
最后，磁控溅射具有工艺简单、成本低、薄膜均匀致密、沉积速率快等特点，广泛应用于半导体器件、光学镀膜、信息存储介质、显示器件等领域。
在半导体工业中，磁控溅射被用于制备金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等，用于制备电极、金属层、光学膜等功能材料。
在光学镀膜领域，磁控溅射被用于制备反射膜、透射膜、滤光膜等，用于改善光学器件的性能。
在信息存储介质领域，磁控溅射被用于制备磁记录介质膜，用于制备磁盘、磁带等存储介质。
在显示器件领域，磁控溅射被用于制备透明导电膜、光学膜、阻挡层等，用于制备液晶显示器、有机发光二极管等显示器件。
总之，磁控溅射作为一种重要的薄膜沉积技术，具有广泛的应用前景和重要的科学研究意义。
随着材料科学和工艺技术的不断发展，磁控溅射技术将在更多领域发挥重要作用，推动相关领域的发展和进步。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理一、介绍磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备技术，广泛应用于材料科学、电子学、光学等领域。
本文将详细介绍磁控溅射仪的原理及其工作过程。
二、磁控溅射仪的组成磁控溅射仪主要由以下几个部分组成： 1. 溅射靶材：通常是所需薄膜材料的固体靶材，可以是金属、合金、氧化物等。
2. 真空室：用于提供良好的真空环境，以防止杂质对薄膜质量的影响。
3. 磁控系统：通过调节磁场的强度和方向，控制离子束的轨迹，实现溅射过程中的粒子加速和聚焦。
4. 基底架：用于支撑待制备薄膜的基底材料，通常是玻璃、硅片等。
三、磁控溅射仪的原理磁控溅射仪的工作原理基于离子轰击和溅射效应。
其主要步骤如下： 1. 创建真空环境：通过抽气系统将溅射室内的气体抽除，创建高真空环境，以消除气体分子对溅射过程的干扰。
2. 加热靶材：使用电阻加热器或电子束加热器对靶材进行加热，使其达到所需的溅射温度。
3. 离子轰击：在真空室中加入惰性气体（如氩气），通过射频等离子体源将其离子化。
离子会受到磁场的作用，被加速并聚焦到靶材表面。
4. 溅射效应：离子轰击靶材表面，使靶材表面的原子和分子脱离，并以高速扩散到空间中。
其中一部分溅射物质会沉积在基底上，形成薄膜。
四、磁控溅射仪的特点磁控溅射仪具有以下几个特点： 1. 高效率：由于离子轰击的能量较高，溅射效率较高，可以制备高质量的薄膜。
2. 精确控制：通过调节磁场的强度和方向，可以精确控制离子束的轨迹，实现对薄膜成分和结构的控制。
3. 多元化：磁控溅射仪可以用于制备各种材料的薄膜，如金属、合金、氧化物等。
4. 低温制备：由于溅射过程中不需要高温，可以制备对温度敏感的材料薄膜。
五、磁控溅射仪的应用磁控溅射仪在各个领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面： 1. 光学薄膜：磁控溅射仪可以制备具有特定光学性质的薄膜，如反射膜、透明导电膜等。
2. 硬盘涂层：磁控溅射仪可以制备用于硬盘表面的磁性涂层，提高硬盘的存储密度和性能。
磁控溅射原理详细介绍课件
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控制系统
用于控制溅射过程， 包括真空度、电流、 电压等参数的监测和 控制。
磁控溅射的工作原理
气体放电
在真空室内，通过施加 高压电场，使气体产生 电离，产生等离子体。
粒子轰击
等离子体中的离子在电 场作用下加速飞向阴极 靶材，对靶材表面进行
轰击。
溅射
轰击导致靶材表面原子 或分子从表面射出，形
成溅射粒子。
沉积
溅射粒子在基片上沉积 形成薄膜。
磁控溅射的优缺点
高沉积速率
由于高密度的等离子体，使得溅射速 率较高。
低温沉积
可在较低的温度下实现沉积，适用于 某些热敏材料。
磁控溅射的优缺点
• 广泛的应用范围：可应用于金属、非金属、化合物等多种 材料的沉积。
磁控溅射的优缺点
需要高真空环境
需要建立高真空环境，增加了设备成本和运行成本。
特性
高沉积速率、低基材温度、高附着力、大面积成膜等。
磁控溅射的物理过程
气体放电
在阴极和阳极之间施加高压直 流电或射频电场，使气体产生 电离产生等离子体。
靶材溅射
高速离子轰击靶材表面，将靶 材原子从表面溅射出来。
真空环境建立
通过机械泵和分子泵等设备将 真空室内气压降低到10^-5Pa 以下。
磁场控制电子运动
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
表面形貌
通过扫描电子显微镜视察薄膜的表面 形貌。
物理性能
测量薄膜的硬度、弹性模量、热导率 等物理性能。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备设备，利用磁场和离子束的作用，将固体材料溅射到基底上，形成薄膜。
它的原理主要包括磁控溅射过程、溅射材料的选择和基底的制备等。
磁控溅射过程是磁控溅射仪的核心原理。
在磁控溅射仪中，首先需要将固体材料放置在溅射靶材上。
然后，在真空室中建立一定的气压，以保证溅射过程中的气体分子不会对靶材和基底产生干扰。
接下来，通过施加磁场，可以将氩离子束引导到靶材的表面。
当氩离子与靶材表面相互碰撞时，会将靶材表面的原子和分子溅射出来，并以高速飞向基底。
最后，这些溅射粒子在基底表面堆积形成一层薄膜。
磁控溅射过程中的磁场起到了至关重要的作用。
磁场的作用是将氩离子束限制在靶材表面的一个区域内，使其只能与靶材表面相互碰撞，而不会飞散到其他地方。
磁场的强弱和方向可以通过调节磁控溅射仪中的磁铁来控制，以适应不同材料的溅射要求。
同时，磁场还可以影响溅射过程中的离子束的能量和轨道，从而控制薄膜的质量和性能。
在选择溅射材料时，需要考虑材料的物理和化学性质，以及薄膜的应用要求。
常用的溅射材料包括金属、氧化物、硅、氮化物等。
不同的材料会对薄膜的结构和性能产生不同的影响。
例如，金属材料可以制备导电性较好的薄膜，氧化物材料可以制备绝缘性较好的薄膜。
此外，还可以通过控制溅射工艺参数，如溅射功率、气体压力和溅射时间等，来调节薄膜的厚度和成分，以满足不同应用的需求。
除了溅射材料的选择，基底的制备也是磁控溅射过程中的重要环节。
基底的表面质量和结构对于薄膜的成长和性能具有重要影响。
在磁控溅射之前，需要对基底进行表面清洗和预处理，以去除表面的杂质和氧化物，并提供良好的溅射条件。
常用的基底材料包括硅、玻璃、金属等。
选择合适的基底材料可以使薄膜与基底之间具有良好的结合和界面性能。
磁控溅射仪通过磁场和离子束的作用，实现了将固体材料溅射到基底上制备薄膜的过程。
磁控溅射仪的原理包括磁控溅射过程、溅射材料的选择和基底的制备等。
磁控溅射法原理
磁控溅射法原理
磁控溅射法是一种常用的薄膜制备技术，它通过利用磁场控制离子在真空中运动来实现材料离子化和沉积。
磁控溅射法的基本原理如下：首先，通过加热材料将其转化为蒸气或离子状态。
随后，通过在真空室中施加磁场，使得磁场力线和离子运动方向垂直，从而形成所谓的“磁镜效应”。
这种磁镜效应可以阻止离子撞击到溅射靶材表面，从而使溅射源中的原子以准平行的方式射出。
在磁控溅射过程中，靶材的离子化和溅射是基于靶材与离子的相互作用力。
当离子击中靶材表面时，一部分离子将被散射回真空室中，形成所谓的“背景气体”。
而另一部分离子则进一步穿透靶材表面，将表面的原子或分子击出，并沉积在底板上形成薄膜。
这种沉积过程可以得到均匀、致密、具有良好结晶性的薄膜。
磁控溅射法有许多优点，例如可以控制薄膜的成分、结构和性能；可以在各种材料上制备薄膜；具有较高的沉积速率和较好的沉积效率等。
因此，磁控溅射法被广泛应用于各种领域，如光学、电子、材料科学等。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备设备，其原理是利用磁场控制电子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子被剥离并沉积在基底上形成薄膜。
下面将详细介绍磁控溅射仪的原理。
1. 靶材磁控溅射仪的靶材通常是金属或合金，也可以是陶瓷、玻璃等材料。
靶材的选择取决于所需的薄膜材料和性质。
2. 真空室磁控溅射仪的操作需要在高真空环境下进行，因此需要一个真空室。
真空室通常由不锈钢制成，内部表面光滑，以减少气体分子的碰撞和吸附。
3. 磁控系统磁控溅射仪的磁控系统是其核心部分。
它由磁铁、磁场控制器和靶材支架组成。
磁铁产生一个强磁场，将电子束聚焦在靶材表面，使其被剥离。
磁场控制器可以调节磁场的大小和方向，以控制薄膜的成分和性质。
靶材支架用于固定靶材并将其与磁铁相连。
4. 电子枪电子枪是磁控溅射仪的另一个重要组成部分。
它产生高能电子束，用于轰击靶材表面。
电子束的能量和电流可以通过调节电子枪的电压和电流来控制。
5. 基底基底是薄膜沉积的目标。
它通常是硅片、玻璃等材料。
基底的表面应该光滑、干净，以便薄膜的质量和附着性。
6. 气体在磁控溅射过程中，需要将真空室抽成高真空状态，以减少气体分子的碰撞和吸附。
但是，为了维持电子束的稳定性，需要在真空室中注入一定量的惰性气体，如氩气。
氩气分子被电子束轰击后会产生等离子体，进而促进靶材表面原子或分子的剥离。
总之，磁控溅射仪利用磁场控制电子束轰击靶材表面，使其原子或分子被剥离并沉积在基底上形成薄膜。
其原理简单、操作方便、薄膜质量高，因此在材料科学、电子学、光学等领域得到了广泛应用。
磁控溅射原理课件
高速荷能粒子轰击固体靶材表面，使固体原子或分子从表面射出并沉积在基底表面，形成薄 膜。
磁控溅射技术的应用领域
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磁控溅射技术在光学、 电子、机械、生物医学 等领域得到广泛应用。
射频磁控溅射设备
适用于镀制高纯度薄膜和特殊材料镀 膜。
磁控溅射系统的特点
高沉积速率
通过磁场控制电子的运动，提高离子 的能量和密度，从而实现高速溅射镀 膜。
高薄膜质量
由于高离子密度和低沉积温度，可以 获得高质量、致密、附着力强的薄膜 。
广泛的应用范围
适用于各种金属、非金属材料和复合 材料的镀膜，可制备多种功能薄膜和 装饰薄膜。
2023-2026
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磁控溅射原理课件
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目 录
• 磁控溅射原理简介 • 磁控溅射设备与系统 • 磁控溅射工艺参数 • 磁控溅射镀膜的质量控制 • 磁控溅射技术的发展趋势与展望
PART 01
磁控溅射原理简介
磁控溅射技术的定义
磁控溅射技术是一种物理气相沉积（PVD）技术，利用磁场 控制下的高速荷能粒子轰击固体表面，使固体原子或分子从 表面射出并沉积在基底表面，形成薄膜。
在光学领域，利用磁控 溅射技术制备的高质量 薄膜具有高反射率、高 透过率、低散射等特点 ，广泛应用于光学元件 、太阳能集热器等领域 。
在电子领域，利用磁控 溅射技术制备的导电膜 、绝缘膜、介质膜等具 有低电阻、低介电常数 、高硬度和附着力等特 点，广泛应用于集成电 路、微电子器件等领域 。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备设备，通过磁场控制离子轰击金属靶材，使其表面的原子或分子脱离并沉积在基底上，形成薄膜。
本文将从磁控溅射仪的工作原理、设备结构和应用领域等方面进行介绍。
一、工作原理磁控溅射仪的工作原理基于磁场对离子的控制作用，主要分为两个步骤：离子轰击和薄膜沉积。
1.离子轰击：磁控溅射仪中的离子源会通过电弧加热金属靶材，将其表面的原子或分子释放出来。
同时，通过在靶材周围设置磁场，可以使电弧产生的离子在磁力的作用下形成一个束流，并加速到高能量状态。
这些高能量的离子会轰击靶材表面，使其表面的原子或分子脱离。
2.薄膜沉积：离子轰击靶材表面释放的原子或分子会在真空中飞行一段距离，然后沉积在基底上形成薄膜。
为了控制薄膜的厚度和均匀性，通常在离子轰击和薄膜沉积过程中会控制离子束的能量和轰击时间。
二、设备结构磁控溅射仪通常由离子源、靶材、基底和真空室等组件构成。
1.离子源：离子源是磁控溅射仪中最关键的组件之一，它通过电弧加热靶材，产生离子束。
离子源的设计和选择会直接影响到薄膜的质量和性能。
2.靶材：靶材是被溅射的金属材料，通常是高纯度的金属靶材。
靶材的选择取决于所需薄膜的成分和性质。
3.基底：基底是薄膜沉积的载体，可以是玻璃、金属或其他材料。
基底的选择和处理也会对薄膜的质量和性能产生影响。
4.真空室：真空室是磁控溅射仪中的一个重要部分，用于提供高真空环境，防止氧气等杂质对薄膜的影响。
三、应用领域磁控溅射仪广泛应用于各个领域的薄膜制备，具有以下几个优点：1.多种材料可溅射：磁控溅射仪可以处理多种材料，包括金属、合金、氧化物、硅、硫化物等，因此在材料选择上具有较大的灵活性。
2.薄膜质量高：磁控溅射制备的薄膜具有良好的致密性和平坦度，可以满足高质量薄膜的需求。
3.控制精度高：通过调节离子束的能量和轰击时间，可以对薄膜的厚度和成分进行精确控制。
4.应用广泛：磁控溅射仪制备的薄膜在光学、电子学、磁学、显示器件等领域都有广泛的应用，如光学薄膜、导电薄膜、磁性薄膜等。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理引言：磁控溅射仪是一种常见的薄膜制备设备，广泛应用于光电子、信息技术等领域。
它利用磁场和离子束相互作用的原理，通过溅射材料形成薄膜。
本文将详细介绍磁控溅射仪的原理和工作过程。
一、磁控溅射仪的结构磁控溅射仪主要由离子源、靶材、磁控部件和底座等组成。
其中，离子源发射离子束，靶材作为溅射材料，磁控部件控制离子束的方向和强度，底座用于支撑和固定靶材。
二、离子源的工作原理离子源是磁控溅射仪中最关键的部件之一。
它通过电离气体来产生离子束。
首先，电离源产生高能量的电子束，然后电子束轰击气体分子，将其电离成离子。
离子源中的磁场将离子束聚焦并加速，使其具有较高的动能。
三、磁控部件的作用磁控溅射仪中的磁控部件主要包括磁铁和磁场控制系统。
磁铁产生一个稳定的磁场，用于控制离子束的方向和强度。
磁场控制系统可以根据实际需求调节磁场的参数，以使离子束的溅射效果最佳。
四、靶材的选择和准备靶材是溅射过程中的溅射源，直接影响薄膜的质量和性能。
靶材的选择要考虑溅射材料的化学稳定性、物理性质和晶体结构等因素。
靶材在使用前需要经过表面处理，如抛光、清洗等，以确保表面光洁度和纯净度。
五、磁控溅射的工作过程磁控溅射的工作过程可以分为准备阶段、溅射阶段和结束阶段。
首先，将靶材安装在溅射室的底座上，并将气体注入溅射室。
然后，通过控制磁场和离子源，使离子束射向靶材。
靶材受到离子束的轰击，溅射出的原子或分子在真空环境中沉积在基底上，形成薄膜。
最后，结束溅射过程，关闭离子源和磁场，取出制备好的薄膜。
六、磁控溅射的应用磁控溅射技术在光电子、信息技术和新材料研究等领域有着广泛的应用。
它可以制备出具有优异光学、电学和磁学性能的薄膜，如透明导电薄膜、磁性薄膜等。
此外，磁控溅射技术还可以制备出多层膜、纳米薄膜等特殊结构的材料，为功能材料研究提供了重要手段。
七、磁控溅射仪的优势和发展趋势相比于其他薄膜制备技术，磁控溅射具有以下优势：制备过程简单、操作灵活、成本较低、薄膜质量好等。
磁控溅射原理
磁控溅射原理
磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，它利用磁场控制等离子体在靶材表面的
运动，通过溅射沉积薄膜。
磁控溅射技术具有工艺简单、成膜速率快、薄膜均匀等优点，因此在微电子、光学薄膜、表面工程等领域得到广泛应用。
磁控溅射原理主要包括溅射过程、等离子体形成和磁场控制三个方面。
首先，溅射过程是磁控溅射的基本过程之一。
当靶材表面受到高能粒子轰击时，会产生大量的表面原子和离子，这些粒子会通过动能转移和碰撞等过程，最终被溅射到衬底表面，形成薄膜。
在溅射过程中，靶材的成分和性质会直接影响薄膜的成分和性质，因此靶材的选择对于薄膜的制备至关重要。
其次，等离子体形成是磁控溅射的关键环节。
在溅射过程中，靶材表面产生的
原子和离子会被电场加速，并在靶材表面形成等离子体。
等离子体的形成不仅有利于提高溅射效率，还可以调控薄膜的成分和结构，从而实现对薄膜性能的精确控制。
最后，磁场控制是磁控溅射技术的核心之一。
通过在靶材周围施加磁场，可以
有效地控制等离子体在靶材表面的运动轨迹，从而影响溅射的方向和范围。
磁场的强度和方向会直接影响薄膜的成分、结构和性能，因此磁场控制是磁控溅射过程中需要精心设计和调控的重要参数。
总之，磁控溅射原理是一种重要的薄膜制备技术，它通过溅射过程、等离子体
形成和磁场控制三个方面的协同作用，实现了对薄膜成分、结构和性能的精确控制。
随着材料科学和工程技术的不断发展，磁控溅射技术将在光伏、显示、传感器等领域发挥越来越重要的作用。
磁控溅射技术的原理及应用
磁控溅射技术的原理及应用磁控溅射技术是一种非常重要的材料加工技术，它在现代工业制造领域中被广泛应用。
磁控溅射技术的原理比较复杂，需要结合物理学知识和材料科学知识才能够深入理解。
下面，我们将从原理、应用和优缺点等方面来分析磁控溅射技术。
一、磁控溅射技术的原理磁控溅射技术的核心原理是，在高真空下，利用离子轰击的原理使靶材表面的原子或分子离开，形成高速运动的原子团，然后以高速度击打到所需要涂覆的材料表面，与另一组原子或分子相碰撞，并沉积成薄膜层。
磁控溅射技术的溅射源主要由靶材、基底和磁场组成。
当高纯度的气体在真空室内电离后，离子会在靶材表面束缚，形成一个带正电荷的等离子体潮流，进入强磁场的作用下，靶材上的非离子原子或分子就会沿用聚变的道理抛射出去，进而形成一个离子束，成为靶材的溅射。
当基底和溅射源靶材相对静止时，基底上的沉积物层就会开始形成。
因此，在磁控溅射技术中，溅射过程控制好磁场强度和靶材等离子体激发能量是非常重要的。
二、磁控溅射技术的应用磁控溅射技术的应用范围非常广泛，主要应用在金属、合金、半导体材料的表面修饰和通过涂层改善材料表面性能来达到特殊的功能和应用。
涂层厚度可从几纳米到数百纳米改变。
(1) 太阳能光伏在太阳能光伏中，磁控溅射技术被广泛应用。
可以通过沉积一层光谱选择层来增加光吸收，在应用中产生光电性能提高，并延长光电池的寿命。
此外，磁控溅射技术制备的透明导电电极，可以大幅提高太阳能电池的效率和环保性能。
(2) 光学加工磁控溅射技术用于光学加工领域。
可以制备一种极细的金属纤维单丝，这种金属纤维单丝可以做为微型光学的部件，如光纤中介面。
纤维自身具有一定的弯曲、拉伸和扭曲能力，便于融合和加工成三维微机械结构，做成微型光学元件、微型透镜和扫描电子显微镜等。
(3) 电子和半导体技术磁控溅射技术可以制备各种电子和半导体材料，例如氧化物、铜铝金属等等。
在半导体器件和电子元件中使用磁控溅射技术，可以获得高精度和超薄膜的电池、LED、CRT以及开关电源等电子元件。
磁控溅射的基本原理
磁控溅射的基本原理
磁控溅射是一种常用的表面涂层技术，其基本原理是利用磁场控制金属靶材的粒子运动，使其与气体离子发生碰撞，从而产生溅射现象。
具体来说，磁控溅射系统通常由以下几个组件构成：金属靶材、磁控源、工作气体、基底材料和真空腔体。
首先，靶材作为溅射的源头，通常是由所需涂层材料制成。
磁控源则通过施加磁场，使靶材表面的金属原子形成粒子流，这个粒子流称为溅射束。
施加磁场的目的是聚焦和加速溅射粒子，提高溅射效率。
然后，工作气体被引入真空腔体中，并与磁控源产生的溅射束发生碰撞。
这个工作气体通常是惰性气体，如氩气，它的作用是激发靶材表面的金属原子，并将其释放到气氛中。
释放的金属原子很快与基底材料表面的原子结合，形成所需的涂层。
基底材料可以是任何需要被涂层的物体表面，如金属件、玻璃器皿等。
通过控制溅射时间和气氛控制等参数，可以调节涂层的厚度和质量。
总的来说，磁控溅射的基本原理是利用磁场控制金属靶材的溅射束，使其与工作气体发生碰撞并释放金属原子，从而形成涂层。
这一技术在材料加工、光学涂层、硬质涂层等领域有着广泛的应用。
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。
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第一部分 真空镀膜基础
1.2 •Ê•ã‘Xƒ€•#•Ê•ã 时间
向表面碰撞的分子，失去动能被表面所吸附或反射回到空间中去，被吸附的分子同固体之间或在其 自身的内部通过能量的再分配，最后稳定于某一水平面上。被吸附的分子在表面停留期间有时会得到解 吸活化能而从表面上脱附，再回至lJ空间去，其解吸的几率可以根据物理吸附和化学吸附分别予以考虑。 产生物理吸附的几率称为冷凝系数，产生化学吸附的几率称为粘着几率。就气体而言，冷凝系数介于0. 1和1之间;就蒸发金属而言，可近似考虑为1;清洁金属表面的粘着几率在0.1和1的范围内。而且温度越 高，粘着几率越小。 被吸附的气体分子停留在表面上的时间，可通过平均吸附时间(即从吸附到表面至从表面解吸所需 的时间的平均值)来确定。由于与镀膜技术有关的一些金属材料的解吸激活能Ed值均较大，故膜材在基 片上停留时间是较长的。
3
第一部分 真空镀膜基础
1.3 €è•þˆ?ŒÊƒ6
薄膜在基片上的成长过程可以通过电子显微镜来观察。当入射的膜材蒸汽在基片上凝结时，最初出现 大量晶核。例如在300度时向岩盐上蒸镀金，每平方厘米面积上可以产生大约10的11次方个晶核，核的大 小约为2nm，而且这些晶核在基片表面上随机分布，它们之间的距离为30nm。然后，晶核继续长大，但 数量并不显著增多，入射原子在表面上的自由移动，并把已有的晶核连接起来，并反射或吸解掉成核位置 以外的撞击原子。当晶核生长到相互接触时，即开始合并，这时几何形状和方位迅速发生变化。此时如果 切断入射的膜材蒸汽，合并现象就会停止，但是己经合并的晶核，其合并过程仍会继续进行。 一个晶核的再结晶过程对于确定最终的薄膜结构非常重要。再结晶的程度和消失的晶向，一定程度取决于 有关晶核的大小。一般来说是较大的晶核吃掉较小的晶核。 当结晶不断接合时，就构成了一种网膜，网膜上分布着不规则的形状开口。当膜的平均厚度进一步增 加时，网膜就发展成为连续的薄膜。这时入射膜材的原子即开始撞击同类原子，其结合能即可提高，因此 反射或解吸现象明显减少。膜的生长在蒸发与溅射两种不同工艺中是不同的。一般来说，就最初所成的孤 立的晶核结构而言，溅射法晶核形状小，数目多，密度大。
物理气相沉积(PVD)工艺方法分类
7
第二部分 溅射及辉光放电
2.1 溅射机理
用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的 现象称为溅射 溅射。溅射现象很早就为人们所认识，通过前人的大量实验研究，我们对这一重要物理现象得出 溅射 以下几点结论: (1)溅射率随入射离子能量的增加而增大;而在离子能量增加到一定程度时，由于离子注入效应，溅 射率将随之减小; (2)溅射率的大小与入射粒子的质量有关: (3)当入射离子的能量低于某一临界值(阀值)时，不会发生溅射; (4)溅射原子的能量比蒸发原子的能量大许多倍; (5)入射离子的能量很低时，溅射原子角分布就不完全符合余弦分布规律。角分布还与入射离子方 向有关。从单晶靶溅射出来的原子趋向于集中在晶体密度最大的方向。 (6)因为电子的质量很小，所以即使使用具有极高能量的电子轰击靶材也不会产生溅射现象。由于 溅射是一个极为复杂的物理过程，涉及的因素很多，长期以来对于溅射机理虽然进行了很多的研究，提 出过许多的理论，但都难以完善地解释溅射现象。
磁控溅射原理详细介绍
第一部分 真空镀膜基础
1.1 气 与固
气体与固体相互作用后的结合，主要是通过物理吸附和化学吸附来实现的。一个气相原子入射到基体 表面，能否被吸附，是物理吸附还是化学吸附，是一个比较复杂的问题。固体表面与体内在晶体结构上的 一个重大差异是原子或分子间的结合化学键中断，原子或分子在固体表面形成的这种间断键称为不饱和键 或悬挂键，它具有吸引外来原子或分子的能力。入射到基体表面的气相原子被这种不饱和键吸引住的现象 称为吸附。如果用键的观点加以考虑，物理吸附是因为固体表面上的原子键已处于饱和状态，表面变得不 活泼，表面上只是由于范德瓦尔斯力(分子力)、电偶极子和四重极子等静电的相互作用使原子和分子间产 生吸附作用而结合;化学吸附则是由于物体表面上的原子键不饱和而与表面附近原子和分子进行结合，其中 包括共有或交换电子的离子结合、原子结合、金属结合等。 (1) 物质都是由原子、分子所组成，原子中带正电的原子核和带负电的电子之间的静电力以及电子在运动 过程中某些特定的相互联系是分子力产生的原因，因此分子力永远存在于任何相同或不同分子之间。分 子力的作用是使分子聚集在一起，在空间上形成某种规则的有序排列。分子无规则的热运动又将破坏这 种有序排列而使分子分散开来。 (2)化学吸附 (2)化学吸附 化学吸附的力是价键力，包括离子键力、共价键力和金属键力。价键力的作用是使原子、原子团、 离子或分子在空间作周期性排列。固体表面的分子与内部分子处于不同状态，有剩余空悬键即剩余价键 力存在。它的作用距离较分子力作用距离更小，约为0.1-0.3nm，并且有方向性和饱和性。当气相分子进 入剩余价键力的作用距离且该力尚未饱和时，气相分子就会被吸附在固体(基片)的表面上，这就是化学 吸附现象。
6
第一部分 真空镀膜基础
1.4 €è•þ 技术 技术
薄膜技术主要包括薄膜的制备技术和薄膜材料研究，薄膜的制备技术又称为镀膜技术。薄膜的制备 方法以气相沉积方法为主，包括物理气相沉积方法（PVD）和化学气相沉积方法(CVD)。 在各种薄膜沉积技术中，磁控溅射技术由于能制备高熔点材料、复合材料薄膜以及沉积速率快、可控 性好等优点得到了日益广泛的应用。目前，磁控溅射镀膜已经成为工业镀膜生产中最主要的技术之一。
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第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
使真空容器中Ar气的压力保持为，并逐渐提高两个电极 之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为 这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子 在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图2(b) 中曲线的开始阶段所示的那样。 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快， 即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱 和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个 饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子 之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路 转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于 阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加 到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生 电离，如图2(a)所示。这些过程均产生新的离子和电子，即 碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随着放电 电流的迅速增加，电压的变化却不大。这一放电阶段称为汤 汤 生放电。 生放电 在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这 时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电 晕光斑。因此，这一阶段称为电晕放电 电晕放电。 电晕放电
4
第一部分 真空镀膜基础
1.3 €è•þˆ?ŒÊƒ6
靶材粒子入射到基片上，在沉积成膜的过程中有几个问题必须考虑。 (1)沉积速率 (1)沉积速率 沉积速率Q是指从靶材上溅射出来的物质，在单位时间内沉积到基片上的厚度，该速率与溅射率S 成正比，即有: 式中，C为与溅射装置有关的特征常数;I为离子流;S为溅射率。 上式表明，对于一定的溅射装置(即C为确定值)和一定的工作气体，提高沉积速率的有效办法是提高离 子流工。但是，如前所述，在不增高电压的条件下，增加丁值就只有增高丁作气体的压力。图2.4示出了 气体压力与溅射率的关系曲线。由图可知，当压力增高到一定值时，溅射率将开始明显下降。这是由于 靶材粒子的背反射和散射增大所引起的。事实上，在大约10Pa的气压下，从阴极靶溅射出来的粒子中， 只有10%左右才能够穿越阴极暗区，所以由溅射率来考虑气压的最佳值是比较适当的。当然，应注意气 压升高对薄膜质量的影响。
图2 直流气体放电体系模型及伏安特性曲线 （a）直流气体放电体系模型(b)气体放电的伏安特性曲线
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第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
在汤生放电阶段之后，气体会突然发生放电击穿现象。这时，气体开始具备了相当的导电能力，我 们将这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子体 等离子体。此时，电路中的电流大幅度增加，同时放电电 等离子体 压却有所下降。这是由于这时的气体被击穿，因而气体的电阻将随着气体电离度的增加而显著下降， 放电区由原来只集中于阴极边缘和不规则处变成向整个电极表面扩展。在这一阶段，气体中导电粒子 的数目大量增加，粒子碰撞过程伴随的能量转移也足够地大，因此放电气体会发出明显的辉光。 电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上，同时，辉光的亮度不断提高。当辉光区域 充满了两极之间的整个空间之后，在放电电流继续增加的同时，放电电压又开始上升。上述的两个不 同的辉光放电阶段常被称为正常辉光放电和异常辉光放电阶段。异常辉光放电是一般薄膜溅射或其他 薄膜制备方法经常采用的放电形式，因为它可以提供面积较大、分布较为均匀的等离子体，有利于实 现大面积的均匀溅射和薄膜沉积。 随着电流的继续增加，放电电压将会再次突然大幅度下降，而电流强度则会伴随有剧烈的增加。这 表明，等离子体自身的导电能力再一次地迅速提高。此时气体放电开始进入弧光放电 弧光放电阶段。 弧光放电
图1 溅射率与Ar气压强的关系
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第一部分 真空镀膜基础
1.3 €è•þˆ?ŒÊƒ6
(2)沉积薄膜的纯度 (2)沉积薄膜的纯度 为了提高沉积薄膜的纯度，必须尽量减少沉积到基片上的杂质的量。这里所说的杂质主要是指真空 室的残余气体。因为通常有约百分之几的溅射气体分子注入沉积薄膜中，特别是在基片加偏压时。欲降 低残余气体压力，提高薄膜的纯度，可采取提高本底真空度和增加送氢量这两项有效措施。 (3)沉积过程中的污染 (3)沉积过程中的污染 众所周知，在通入溅射气体之前，把真空室内的压强降低到高真空区内是很有必要的，因此原有 工作气体的分压极低。即便如此，仍可存在许多污染源: (a)真空室壁和真空室中的其他零件可能会有吸附气体，如水蒸气和二氧化碳等。由于辉光放电中 电子和离子的轰击作用，这些气体可能重新释出。因此，可能接触辉光的一切表面都必须在沉积过程中 适当冷却，以便使其在沉积的最初几分钟内达到热平衡。 (b)在溅射气压下，扩散泵抽气效力很低，扩散泵油的回流现象十分严重。由于阻尼器各板间的距 离相当于此压强下平均自由程的若干倍，故仅靠阻尼器将不足以阻止这些气体进入真空室。因此，通常 需要在放电区与阻尼器之间进行某种形式的气体调节，例如在系统中利用高真空阀门作为节气阀，即可 轻易地解决这一问题。另外，如果将阻尼器与涡轮分子泵结合起来，代替扩散泵，将会消除这种污染。 (C)基片表面的颗粒物质将会使薄膜产生针孔和形成沉积污染，因此，沉积前应对基片进行彻底清 洗，尽可能保证基片不受污染或不携带微粒状污染物。