磁控濺射的種類介紹和工作原理

2021-08-19

  磁控濺射有很多種。各有其工作原理和應用對象。然而,有一個共同點:磁場和電場的相互作用使電子繞靶面旋轉,從而增加了電子撞擊氬產生離子的可能性。產生的離子在電場作用下與靶面發生碰撞,從而濺出靶材。

  目標源分為平衡型和非平衡型。平衡靶源涂層均勻,涂層與基體結合力強。平衡靶源主要用于半導體光學薄膜,而非平衡靶源主要用于耐磨裝飾膜。根據磁場結構的分布,磁控管陰極可分為平衡態和非平衡態。

  平衡態磁控陰極內外磁鋼的磁通量基本相同。兩極磁場線靠近靶面,能較好地阻止靶面附近的電子/等離子體,增加碰撞幾率,增加電離效率。因此,可以在較低的工作壓力和電壓下啟動并保持輝光放電。靶材利用率較高非平衡磁控濺射技術的概念是磁控陰極外磁極的磁通量大于內磁極的磁通量,磁控陰極磁極的磁力線在靶面上沒有全閉合,而有些磁力線會沿著靶材邊緣延伸到基片區域,這樣一些電子就可以沿著磁力線延伸到基片上,從而在平衡不平衡的情況下,增加襯底區的等離子體密度和氣體電離率,其磁場特性決定了一般靶標的利用率小于30%。

  為了增加靶材的利用率,可以采用旋轉磁場。然而,旋轉磁場需要旋轉機制,應減小濺射速率。旋轉磁場通常用于大型或較貴的目標。如半導體薄膜濺射。對于小型設備和一般工業設備,常采用靜磁場靶源。用磁控靶源濺射金屬和合金很容易,點火和濺射也很方便。

  這是因為靶(陰極)、等離子體和飛濺部件/真空室可以形成回路。但是如果絕緣體被濺射,比如陶瓷,電路就斷了。所以人們使用高頻電源,在電路中增加了很強的電容。這樣,目標就變成了絕緣電路中的電容器。但高頻磁控濺射電源價格較貴,濺射速率很小,接地技術比較復雜,較難大規模使用。為了解決這個問題,磁控反應濺射技術應運而生。它使用金屬靶,加入氬和反應氣體,如氮或氧。


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