磁控濺射的基本概念和基本原理

磁控濺射是物理氣相沉積的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料，且具有設備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優點，而上世紀 70 年代發展起來的磁控濺射法更是實現了高速、低溫、低損傷。因為是在低氣壓下進行高速濺射，必須有效地提高氣體的離化率。磁控濺射通過在靶陰極表面引入磁場，利用磁場對帶電粒子的約束來提高等離子體密度以增加濺射率。

 

二、基本概念

濺射：用荷能粒子轟擊固體表面時，固體表面原子受到荷能粒子碰撞，有可能獲得足夠的能量和動量，并從表面逸出的現象。

 

濺射鍍膜：用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術。

 

氣體放電：氣體通常不導電，但是當氣體壓強較低時，則很容易被電場擊穿而導電，這種氣體被擊穿而導電的現象稱為氣體放電。低壓氣體放電分為輝光放電和弧光放電，在濺射鍍膜中，能量粒子是通過輝光放電產生的。

 

等離子體：當提高氣體溫度，使氣體分子熱運動動能與其電離能可比時，粒子之間通過碰撞就可以產生大量的電離過程，使得原來由分子或原子組成的中性氣體變成由帶正電的離子和帶負電的電子，可能還有一些中性的原子和分子所組成的物質狀態，這就是等離子體態。等離子體可以通過輝光放電和電弧放電產生。

 

三、基本原理

基體和靶材正對，基體接地，靶接負電壓，即基體相對于靶材為正電位，所以電場方向由基體指向靶。用于產生磁場的永磁體設置在靶材背面，磁力線從永磁體的N極指向S極，并與陰極靶面構成封閉空間。靶材和磁鐵由冷卻水冷卻。

 

當真空室抽真空到壓強低于10-3Pa時，向真空室充人Ar氣至0.1~1 Pa，然后在陰陽兩極施加電壓，當電壓值合適時(通常為300~700V左右)，氣體發生輝光放電，形成氬等離子體。氫等離子體中Ar+在電場力作用下向陰極靶材移動，穿過陰極暗區時得到加速，轟擊靶材，濺射出靶材原子和二次電子。

 

輝光放電時，電位降主要降在陰極暗區，而陰極暗區就在陰極附近。靶表面分布著磁場，任一點的磁場都可以分解成平行于和垂直于電場兩個方向，靶表面發射輝光放電時，電位降主要降在陰極暗區，而陰極暗區就在陰極附近。靶表面分布著磁場，任一點的磁場都可以分解成平行于和垂直于電場兩個方向，靶表面發射束，向基體遷徙，最后在基體表面沉積形成薄膜。