磁控溅射的工作原理

2020-12-12

  磁控溅射是一种物理气相沉积(PVD)技术。一般溅射法可用于制备金属、半导体、绝缘体等材料,具有设备简单、易于控制、镀膜面积大、附着力强等优点。20世纪70年代发展起来的这种方法实现了高速、低温和低损伤。由于溅射是在低压下进行的,因此有需要较好地增加气体的电离率。通过在靶的阴极表面引入一个磁场来增加等离子体密度和溅射速率,磁场受带电粒子上磁场的约束。

  磁控溅射的工作原理是在电场E的作用下,电子在飞向基底的过程中与氩原子发生碰撞,氩原子离子化,产生ar正离子和新电子,新电子飞向衬底,而Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶,以高能轰击靶面,使靶溅射。在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在衬底上形成薄膜,产生的二次电子受电场和磁场的影响,产生E(电?。罛(磁?。┧傅姆较蚱?。

  如果磁场是环形的,电子将以近似摆线的形式绕靶面运动。它们的运动轨迹不仅很长,而且束缚在靠近靶面的等离子体区,大量的AR离子被电离轰击靶面,从而获得了较高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量逐渐耗尽,逐渐远离靶面,然后在电场E的作用下沉积在衬底上。

  由于电子的能量很低,转移到衬底上的能量很小,导致衬底的温升很低。磁控溅射是入射粒子与靶的碰撞过程。入射粒子在目标中经历一个复杂的散射过程。它们与目标原子碰撞,并将部分动量传递给目标原子。目标原子与其他目标原子碰撞形成级联过程。在这个级联过程中,一些靠近表面的目标原子获得足较足的动量向外移动,使目标被溅射出来。


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