中频磁控溅射的原理介绍

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发布时间：2022-08-08 09:43

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　　中频磁控溅射是一种物理气相沉积(PVD)，通用溅射法可用于制备金属、半导体、绝缘体等材料，中频磁控溅射具有设备简单、易于控制、镀膜面积大、附着力强的优点，70年代发展起来的磁控溅射法已经实现了高速、低温、低损伤。

　　因为是在低气压下进行高速溅射，需要有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

　　在双极溅射中，增加了平行于靶表面的封闭磁场。借助靶面上形成的正交电磁场，将二次电子束缚在靶面的特定区域，以提高电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速溅射过程。

　　中频磁控溅射的原理是什么?下面我们大家一起来简单了解一下。

　　中频磁控溅射的工作原理是电子在电场E的作用下，在飞向衬底的过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生Ar正离子和新的电子。当新的电子飞向衬底时，Ar离子在电场的作用下加速向阴极靶运动，用高能轰击靶面，使靶溅射。在溅射粒子中，中性靶原子或分子沉积在基底上形成薄膜，产生的二次电子会受到电场和磁场的影响，产生E(电场)B(磁场)表示的方向漂移，简称EB漂移，其轨迹类似于摆线。如果是环形磁场，电子会以近似摆线的形式在靶面上做圆周运动。它们的移动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域，大量Ar在该区域电离轰击靶材，从而达到很高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子能量耗尽，逐渐远离靶面，最终在电场e的作用下沉积在基片上，由于电子能量低，传递到基片上的能量很小，导致基片温升很低。

　　中频磁控溅射是入射粒子和靶之间的碰撞过程，入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，与靶原子发生碰撞，将部分动量传递给靶原子，靶原子又与其他靶原子发生碰撞，形成级联过程。在这个级联过程中，表面附近的一些靶原子获得足够的动量向外移动，并离开靶进行溅射。

　　为了解决阴极溅射的缺陷，人们在20世纪70年发了DC磁控溅射技术，该技术有效地克服了阴极溅射速率低和电子引起的衬底温度高的弱点，因此得到了迅速发展和广泛应用。

　　其原理是：在中频磁控溅射中，由于运动的电子在磁场中受到洛仑兹力的作用，其轨迹会发生弯曲甚至螺旋，路径变长，从而增加了与工作气体分子的碰撞次数，提高了等离子体密度，从而大大提高了磁控溅射速率，并在较低的溅射电压和气压下工作，降低了薄膜污染的倾向;另一方面，衬底表面的原子的能量也增加了，因此薄膜的质量可以大大提高。同时，经过多次碰撞失去能量的电子到达阳极时，已经变成低能电子，这样衬底就不会过热。所以磁控溅射具有‘高速’和‘低温’的优点，这种方法的缺点是无法制备绝缘膜，磁控电极使用的不均匀磁场会造成靶材刻蚀明显不均匀，导致靶材利用率低，一般只有20%-30%。

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