磁控濺射的發展分析介紹

2021-11-04

  輝光等離子體濺射的基本過程是在輝光等離子體中的高能離子作用下,將負電極的靶原子從靶中濺射出來,然后凝聚在襯底上形成薄膜;在這個過程中,靶表面同時發射出二次電子,起到電子作用維持等離子體穩定存在的關鍵作用。濺射技術的出現和應用經歷了多個階段。起初,它是簡單的二極和三極放電濺射沉積。經過30多年的發展,磁控濺射技術已經發展成為制備超硬、耐磨、低摩擦系數、耐腐蝕、裝飾、光學、電學等功能薄膜不能替代的方法。

  在傳統的濺射中,等離子體被限制在靶區,其典型值約為靶表面6cm。外磁場強度高于中心磁場強度,磁力線在中心和外圍之間不形成閉合環。部分外部磁力線延伸到襯底表面,使得一些次級電子可以沿著磁力線到達襯底表面,而等離子體不局限于靶區,而是可以到達襯底表面,這使得襯底離子束密度增加,通常大于5mA/cm2。這樣,濺射源也是轟擊基板的離子源。基底的離子束密度與靶的電流密度成正比。隨著靶電流密度、沉積速率和基片離子束密度的增加,薄膜的特性保持不變。

  非平衡磁控濺射技術的進一步發展是非平衡閉場濺射,它的特點是采用多個非平衡濺射源以一些的方式安裝,克服了單一靶在復雜襯底上均勻沉積薄膜的較大困難。在多目標系統中,兩個相鄰目標之間的關系可以是平行的,也可以是相對的。相鄰目標中也有兩種磁場模式,相鄰磁極相對時,稱為閉合磁場模式;相鄰磁極相同時,稱為鏡像磁場模式。閉合磁場模式下,不同靶之間的磁力線閉合,壁面損失的電子少,襯底表面等離子體密度高,襯底表面的離子原子比是鏡像磁場模式或單靶非平衡磁場模式的2-3倍左右現場模式。當基底與靶材料的距離增加時,閉合磁場對基底表面離子原子比的影響比較大。在鏡像模式下,磁力線被引入到壁面,二次電子沿著磁力線運動并被壁面消耗,導致襯底表面等離子體密度減小。

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