真空镀膜设备磁控溅射基本原理

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1、超高真空系统服务商为客户创造价值真空镀膜设备磁控溅射基本原理　　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，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、

2、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

3、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0.1Pa~10Pa左右)，典型值为5×10-1Pa;射频磁控放电大约在10-1~10-2Pa。　　(2)第二，磁控靶面具有一定的水平(或等效水平)磁场强度B

4、(大约10mT~100mT)，典型值为30~50mT，最低也要达到10~20mT(100~200高斯)。　　(3)第三，真空腔体内，具有与磁场正交(或等效正交)的电场V，典型值500~700V。　　我们通称以上三条为P-B-V条件。　　3、磁控溅射离子镀东莞爱家真空科技有限公司网址http://www.ajiavac.com/公司地址：广东省东莞市长安镇锦厦环村东路45号全国服务热线：400-6887599手机：13827202848电话：+86-769-81559131传真：+86-769-81555716邮箱：ajia551@ajiavac.com超高真空系统服务商为客户创造价值　　(

5、1)在基体和工件上是否施加(直流或脉冲)负偏压，利用负偏压对离子的吸引和加速作用，是离子镀与其它镀膜类型的一个主要区别。　　蒸发镀时基体和工件上加有负偏压就是蒸发离子镀;多弧镀时基体和工件上加有负偏压就是多弧离子镀;磁控溅射时基体和工件上加有负偏压就是磁控溅射离子镀，这是磁控溅射离子镀技术的一个重要特点。　　(2)磁控溅射离子镀是把磁控溅射和离子镀结合起来的技术。在同一个真空腔体内既可实现氩离子对磁控靶材的稳定溅射，又实现了高能靶材离子在基片负偏压作用下到达基片进行轰击、溅射、注入及沉积作用过程。　　整个镀膜过程都存在离子对基片和工件表面的轰击，可有效清除基片和工件表面的气体和污物;使成膜

6、过程中，膜层表面始终保持清洁状态。　　(3)磁控溅射离子镀可以在膜-基界面上形成明显的混合过渡层(伪扩散层)，提高膜层附着强度;可以使膜层与工件形成金属间化合物和固熔体，实现材料表面合金化，甚至出现新的晶相结构。　　(4)磁控溅射离子镀形成膜层的膜基结合力好、膜层的绕镀性好、膜层组织可控参数多、膜层粒子总体能量高，容易进行反应沉积，可以在较低温度下获得化合物膜层。　　(5)磁控溅射离子镀可以消除膜层拄状晶结构，生成均匀的颗粒状晶结构。　　4、磁控溅射偏置电压　　(1)偏置电压的类别：根据磁控溅射基片即工件偏置电压的不同作用，可分为直流负偏压、脉冲负偏压、交流偏压、零偏压与悬浮偏压五个类别。

7、　　(2)偏置电压的不同作用　　在基片上加负偏压后，基-阳极间可产生更大的电场力，可使等离子体中的正离子获得更大的能量和加速度轰击基片和工件;可对从靶材表面被溅射出来的原子或分子团等带电粒子进行某种程度的导向和沉积，绕镀性好;在基片和工件上施加不同的负偏压可以消除基片和工件膜层表面在不同的真空度条件下形成的锥状晶和拄状晶;在工件上施加交流偏压，可以中和绝缘膜层上积累的正电荷，减少和消除工件表面打弧;在工件上施加脉冲偏压，