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磁控濺射技術如(rú)何分類?

2016-03-29 00:00:00

可(kě)以分為(wèi)直流磁控濺射法和(hé)射頻磁控濺射法。 


  直流濺射法要求靶材能夠将從離(lí)子(zǐ)轟擊過程中得到的(de)正電荷傳遞給與其緊密接觸的(de)陰極,從而該方法隻能濺射導體材料,不适于絕緣材料,因為(wèi)轟擊絕緣靶材時表面的(de)離(lí)子(zǐ)電荷無法中和(hé),這将導緻靶面電位升高(gāo),外加電壓幾乎都加在靶上,兩極間的(de)離(lí)子(zǐ)加速與電離(lí)的(de)機會将變小,甚至不能電離(lí),導緻不能連續放電甚至放電停止,濺射停止。故對于絕緣靶材或導電性很差的(de)非金屬靶材,須用射頻濺射法(RF)。 


  濺射過程中涉及到複雜的(de)散射過程和(hé)多種能量傳遞過程:首先,入射粒子(zǐ)與靶材原子(zǐ)發生彈性碰撞,入射粒子(zǐ)的(de)一(yī)部分動能會傳給靶材原子(zǐ),某些靶材原子(zǐ)的(de)動能超過由其周圍存在的(de)其它原子(zǐ)所形成的(de)勢壘(對于金屬是5-10eV),從而從晶格點陣中被碰撞出來,産生離(lí)位原子(zǐ),并進一(yī)步和(hé)附近的(de)原子(zǐ)依次反複碰撞,産生碰撞級聯。當這種碰撞級聯到達靶材表面時,如(rú)果靠近靶材表面的(de)原子(zǐ)的(de)動能大于表面結合能(對于金屬是1-6eV),這些原子(zǐ)就會從靶材表面脫離(lí)從而進入真空。 


  濺射鍍膜就是在真空中利用荷能粒子(zǐ)轟擊靶表面,使被轟擊出的(de)粒子(zǐ)沉積在基片上的(de)技術。通常,利用低(dī)壓惰性氣體輝光放電來産生入射離(lí)子(zǐ)。陰極靶由鍍膜材料制成,基片作為(wèi)陽極,真空室中通入0.1-10Pa的(de)氩氣或其它惰性氣體,在陰極(靶)1-3KV直流負高(gāo)壓或13.56MHz的(de)射頻電壓作用下産生輝光放電。電離(lí)出的(de)氩離(lí)子(zǐ)轟擊靶表面,使得靶原子(zǐ)濺出并沉積在基片上,形成薄膜。目前濺射方法很多,主要有二級濺射、三級或四級濺射、磁控濺射、對靶濺射、射頻濺射、偏壓濺射、非對稱交流射頻濺射、離(lí)子(zǐ)束濺射以及反應濺射等。 


  由于被濺射原子(zǐ)是與具有數十電子(zǐ)伏特能量的(de)正離(lí)子(zǐ)交換動能後飛(fēi)濺出來的(de),因而濺射出來的(de)原子(zǐ)能量高(gāo),有利于提高(gāo)沉積時原子(zǐ)的(de)擴散能力,提高(gāo)沉積組織的(de)緻密程度,使制出的(de)薄膜與基片具有強的(de)附着力。 


  濺射時,氣體被電離(lí)之後,氣體離(lí)子(zǐ)在電場作用下飛(fēi)向接陰極的(de)靶材,電子(zǐ)則飛(fēi)向接地(dì)的(de)壁腔和(hé)基片。這樣在低(dī)電壓和(hé)低(dī)氣壓下,産生的(de)離(lí)子(zǐ)數目少,靶材濺射效率低(dī);而在高(gāo)電壓和(hé)高(gāo)氣壓下,盡管可(kě)以産生較多的(de)離(lí)子(zǐ),但飛(fēi)向基片的(de)電子(zǐ)攜帶的(de)能量高(gāo),容易使基片發熱甚至發生二次濺射,影響制膜質量。另外,靶材原子(zǐ)在飛(fēi)向基片的(de)過程中與氣體分子(zǐ)的(de)碰撞幾率也大為(wèi)增加,因而被散射到整個腔體,既會造成靶材浪費,又會在制備多層膜時造成各層的(de)污染。 


  為(wèi)了解決上述缺陷,人們在20世紀70年(nián)代開發出了直流磁控濺射技術,它有效地(dì)克服了陰極濺射速率低(dī)和(hé)電子(zǐ)使基片溫度升高(gāo)的(de)弱點,因而獲得了迅速發展和(hé)廣泛應用。 


  其原理(lǐ)是:在磁控濺射中,由于運動電子(zǐ)在磁場中受到洛侖茲力,它們的(de)運動軌迹會發生彎曲甚至産生螺旋運動,其運動路徑變長(cháng),因而增加了與工作氣體分子(zǐ)碰撞的(de)次數,使等離(lí)子(zǐ)體密度增大,從而磁控濺射速率得到很大的(de)提高(gāo),而且可(kě)以在較低(dī)的(de)濺射電壓和(hé)氣壓下工作,降低(dī)薄膜污染的(de)傾向;另一(yī)方面也提高(gāo)了入射到襯底表面的(de)原子(zǐ)的(de)能量,因而可(kě)以在很大程度上改善薄膜的(de)質量。同時,經過多次碰撞而喪失能量的(de)電子(zǐ)到達陽極時,已變成低(dī)能電子(zǐ),從而不會使基片過熱。因此磁控濺射法具有“高(gāo)速”、“低(dī)溫”的(de)優點。該方法的(de)缺點是不能制備絕緣體膜,而且磁控電極中采用的(de)不均勻磁場會使靶材産生顯著的(de)不均勻刻蝕,導緻靶材利用率低(dī),一(yī)般僅為(wèi)20%-30%。


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