磁控溅射的分类

2020-12-12

  磁控溅射有很多种。各有其工作原理和应用对象。然而,有一个共同点:磁场和电场的相互作用使电子绕靶面旋转,从而增加了电子撞击氩产生离子的可能性。产生的离子在电场作用下与靶面发生碰撞,从而溅出靶材。

  目标源分为平衡型和非平衡型。平衡靶源涂层均匀,涂层与基体结合力强。平衡靶源主要用于半导体光学薄膜,而非平衡靶源主要用于耐磨装饰膜。根据磁场结构的分布,磁控管阴极可分为平衡态和非平衡态。

  平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量基本相同。两极磁场线靠近靶面,能较好地阻止靶面附近的电子/等离子体,增加碰撞几率,增加电离效率。因此,可以在较低的工作压力和电压下启动并保持辉光放电。靶材利用率较高非平衡磁控溅射技术的概念是磁控阴极外磁极的磁通量大于内磁极的磁通量,磁控阴极磁极的磁力线在靶面上没有全闭合,而有些磁力线会沿着靶材边缘延伸到基片区域,这样一些电子就可以沿着磁力线延伸到基片上,从而在平衡不平衡的情况下,增加衬底区的等离子体密度和气体电离率,其磁场特性决定了一般靶标的利用率小于30%。

  为了增加靶材的利用率,可以采用旋转磁场。然而,旋转磁场需要旋转机制,应减小溅射速率。旋转磁场通常用于大型或较贵的目标。如半导体薄膜溅射。对于小型设备和一般工业设备,常采用静磁场靶源。用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射也很方便。

  这是因为靶(阴极)、等离子体和飞溅部件/真空室可以形成回路。但是如果绝缘体被溅射,比如陶瓷,电路就断了。所以人们使用高频电源,在电路中增加了很强的电容。这样,目标就变成了绝缘电路中的电容器。但高频磁控溅射电源价格较贵,溅射速率很小,接地技术比较复杂,较难大规模使用。为了解决这个问题,磁控反应溅射技术应运而生。它使用金属靶,加入氩和反应气体,如氮或氧。


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