磁控溅射原理与应用.ppt

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1、磁控溅射原理与应用光学中式：程双林秀强磁控溅射镀膜设备的分类摘要磁控溅射是物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，PVD）的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，而上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。原理磁控溅射镀膜是指将涂层材料做为靶阴极，利用氩离子轰击靶材，产生阴极溅射，把靶材原子溅射到工件上形成沉积层的

2、一种镀膜技术。原理示意图溅射技术------直流溅射法直流溅射法直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料，不适于绝缘材料，因为轰击绝缘靶材时表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材，须用射频溅射法（RF溅射技术----溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴

3、极靶由镀膜材料制成，基片作为阳极，真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体，在阴极（靶）1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电。电离出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上，形成薄膜。溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应溅射等。磁控溅射设备的主要用途（1）各种功能性薄膜：如具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的薄膜。例如，低温沉积氮化硅减反射膜，以提高太阳能电池的光电转换效率。（2）装饰领域的应用，如各种全反射膜及半透明膜等，如手机外壳，鼠标等

4、。技术分类技术分类 磁控溅射在技术上可以分为直流（DC）磁控溅射、中频（MF）磁控溅射、射频（RF）磁控溅射直流溅射法直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料，不适于绝缘材料，因为轰击绝缘靶材时表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材，须用射频溅射法（RF）中频溅射镀中频溅射镀膜，电源输进电极（靶）接受的是很高频率的交流电，由于高频交流电的集肤效应，使电极表面

5、电流密度大大增加，加上高频震荡对电离气体产生正离子非常有利，只有更多的正离子参加碰撞溅射速率才会增高，这对于进步产量降低本钱是大有好处的，中频溅射可以使用金属、非金属靶材，对于镀制大尺寸的氧化膜有明显的上风。射频磁控溅射射频磁控溅射制备薄膜是一种很成熟的技术，起源于上世纪70年代。通俗的讲就是在真空的状态下，将要溅射的元件等离子化，然后把这种等离子的类气体涂在薄膜上。也可以把坚硬的物资涂到柔性物体上去。三种对比图磁控溅射工艺研究在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压，电路中等离子体的阻抗会随之改变，引起气体中的电流发生变化。改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子，这些离

6、子碰撞靶体就可以控制溅射速率溅射速率一般来说：提高电压可以提高离化率。这样电流会增加，所以会引起阻抗的下降。提高电压时，阻抗的降低会大幅度地提高电流，即大幅度提高了功率。如果气体压强不变，溅射源下的基片的移动速度也是恒定的，那么沉积到基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围内，功率的提高与溅射速率的提高是一种线性的关系。工艺气体在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压，电路中等离子体的阻抗会随之改变，引起气体中的电流发生变化。改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子，这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速率气体环境气体环境真空系统和

7、工艺气体系统共同控制着气体环境。首先，真空泵将室体抽到一个高真空大约为106torr)。然后，由工艺气体系统(包括压强和流量控制调节器)充入工艺气体，将气体压强降低到大约2×103torr。为了确保得到适当质量的同一膜层，工艺气体必须使用纯度为99995%的高纯气体。在反应溅射中，在反应气体中混合少量的惰性气体(如氩)可以提高溅射速率气体压强将气体压强降低到某一点可以提高离子的平均自由程、进而使更多的离子具有足够的能量去撞击阴极以便将粒子轰击出来，也就是提高溅射速率。超过该点之后，由于参与碰