《磁控溅射制备薄膜研究发展》

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1、磁控溅射制备薄膜材料的研究及其发展1.摘要这篇文章简单的介绍了磁控溅射原理还有制备薄膜的应用举例，简述沉积工艺参数对薄膜附着能力的影响！通过回顾历史发展中各个关键的发现以及技术的更新改进，并根据现有的研究总结对未来展望一下。关键词：磁控溅射应用沉积工艺历史总结展望2.前言溅射技术是物理气相沉积(pvd)的一种，作为薄膜材料制备的重要方法之一。此项技术是利用了带电荷的粒子在电场中加速后具备一定动能，将离子引向想要溅射的物质材料做成的阴极靶电极，使靶材原子溅射出来让其沿着一定的方向运动到衬底并最后沉积于衬底之上形成成膜的方法。而磁控溅射是指把磁控原理与

2、一般溅射技术结合起来利用控制磁场的特殊分布进而控制电场中的电子运动，这样就改进了溅射的工艺。如今，磁控溅射技术已经是沉积耐磨、装饰、耐腐蚀、光学等等其他各种各样功能薄膜的重要制作方法！格洛夫(Grove)在1852年研究发现阴极溅射的现象,溅射技术的发展由此开始。在上世纪30年代开始采用磁控溅射沉积技术制取薄膜，不过采蒸镀的方式制取薄膜在上世纪70年代屮期以前，要比采用磁控溅射方法运用的更多。主要是溅射技术在那时初步发展，它的溅射的沉积率比较低，而且溅射的压强高。溅射同吋发展的蒸镀技术其镀膜速率比溅射镀膜高一个数量级，使得溅射镀膜技术生产销售处于不

3、利位置。美国贝尔实验室和西屛电气公司于1963年采用长度为10米的连续溅射镀膜装置，镀制集成电路中的钮膜时首次实现的。在1974年，由J.Chapin发现了平衡磁控溅射后，使高速、低温溅射有了实质的应用，磁控溅射也更好的发展起来了。3原理磁控溅射的工作原理：电子在电场加速E的作用下，使之飞向基片时与氮原了接触碰撞，并使其电离产&出Ar正离了和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并具备高能量去撞击靶表面，导致靶材发生溅射。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

4、）xB（磁场）所指的方向漂移，简称ExB漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。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。入射粒子在靶屮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

5、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。4.磁控溅射的发展历程：首先来说溅射沉积是在真空环境下，利用等离子体中的荷能离子轰击靶材表面，使靶材上的原子或离子被轰击出来，被轰击出的粒子沉积在基体表面逐渐生长成薄膜。溅射沉积技术的发展中下面几个算得上是重点总结一下啦。1）二级溅射：二级溅射是所有溅射沉积技术的基础，它结构简单、便于控制、工艺重复性好主要应用于沉积原理的研究，由于这种方法缺点气压过高基底温升高和沉积速率低限制它的广泛应用。2）传统磁控溅射（也叫平衡磁控溅射）：平衡磁控溅射技术克服了二级溅射沉积速

6、率低的缺点，使溅射镀膜技术在工业应用上具有了与蒸发镀膜相抗衡的能力。但是平衡磁控溅射镀膜同样也有缺点，它的缺点在于其对二次电子的控制过于严密，使等离子体被限制在阴极靶附近，不利于大面积镀膜。3）非平衡磁控溅射：B.Window在1985年开发出了“非平衡磁控溅射技术”，它克服了平衡磁控溅射技术的缺陷，适用于大面积镀膜。并且在上世纪90年代前期，在非平衡磁控溅射的基础上发展出了闭合非平衡系统（CFUBMS）,采用多个靶以及非平衡结构构成的闭合磁场可以对电子进行有效地约束，使整个真空室的等离子体密度得以提高。这样可以使磁控溅射技术更适合工业生产。4）脉

7、冲磁控溅射：由于在通过直流反应溅射來制得高密、无缺陷的绝缘膜（尤其是氧化物薄膜）时，经常存在不少的问题。其结果会严重的影响膜的结构和性能。但是通过脉冲磁控溅射可以与制得金属薄膜同样的效率来制得高质量的绝缘体薄膜。近年来，随着脉冲屮频电源的研发成功，使镀膜工艺技术又上了一个新的台阶；利用中频电源，釆用中频对靶或者挛生靶，进行中频磁控溅射，有效地解决了靶中毒严重的现象，特别是在溅射绝缘材料的靶时，克服了溅射过程中，阳极消失的现象。5）磁控溅射技术新型应用：磁控溅射技术的新型应用是指在以上基础上，再根据应用的需要，对磁控溅射系统进行改进而衍生岀的多种多样

8、的设备和装置。这些改进主要是在系统内磁力线的分布上以及磁控溅射靶的设置和分布上。5•沉积工艺参数对薄膜附着能力的影响附着性