中频磁控溅射的效率如何提高？

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发布时间：2022-09-07 09:47

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　　中频磁控溅射靶材的利用率可以作为磁控溅射源工程设计和生产工艺成本核算的一个参数，到2012年为止，还没有关于中频磁控溅射靶利用率的专门或系统研究的报道，但从理论上探讨磁控溅射靶利用率的近似计算是有实际意义的，对于直接冷却的静态矩形平面靶，即磁体之间没有相对运动，直接与冷却水接触的靶，其利用率(较大值)数据大多在20%~30%左右(间接冷却靶相对更高，但其刻蚀工艺与直接冷却靶相同，不做特别讨论)，大部分都是估算值，为了提高靶材的利用率，人们开发了不同类型的动态靶材，其中旋转磁场圆柱形靶材，在工业上应用广泛。据说这个指标的利用率较高可以超过70%，但缺乏足够的数据或理论证明，几何上常见的中频磁控溅射靶材从几何形状上看有三种类型:矩形平面、圆形平面和圆柱管。

　　如何提高利用率是真空中频磁控溅射镀膜行业的重点,圆柱管靶利用高,但在有些产业是不适用，利用外加磁场捕捉电子，延长和束缚电子的运动路径，搞高离化率，增加镀膜速率。

　　1)溅射粒子(主要是原子，但也有少量离子等)的平均能量)，达到几个电子伏特，远高于蒸发粒子的平均动能kT(3000k蒸发时平均动能只有0.26eV)，溅射粒子的角度分布与入射离子的方向有关。(2)当入射离子能量增加时(在几千电子伏范围内)，溅射率(溅射粒子数与入射离子数之比)增加，当入射离子能量增加时，溅射率达到极值，当能量增加到数万电子伏时，离子注入效应增强，溅射率降低。(3)溅射率随着入射离子质量的增加而增加。(4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大，溅射率增大(斜入射时溅射率高于垂直入射时)。(5)单晶靶由于焦距碰撞优先向密排方向溅射(级联过程中转移的动量越来越接近原子阵列方向)。(6)不同靶的溅射率差别很大。

　　如果中频磁控溅射的溅射效率不高，为了提高中频磁控溅射效率，有必要提高气体的电离效率，为了说明这一点，首先讨论中频磁控溅射过程，当加速的入射离子轰击靶(阴极)表面时，会引起电子发射。这些在阴极表面产生的电子开始加速到阳极然后进入负辉光区，与中性气体原子碰撞产生自持辉光放电所需的离子，这些所谓的初级电子的平均自由程随着电子能量的增加而增加，但是随着气压的增加而减少，在低气压下，离子在远离阴极的地方产生，因此它们的热壁损失很大。同时，很多初始电子可以与能量较大的阳极发生碰撞，碰撞造成的损失无法被二次发射电子抵消。此时，电离效率如此之低，以至于自持辉光放电所需的离子无法实现。通过增加加速电压，电子的平均自由程也增加了，所以电离效率不能有效地增加，虽然提高气压可以提高电离率，但在更高的气压下，溅射粒子与气体碰撞的机会也增加，实际溅射率几乎没有提高，如果施加平行于阴极表面的磁场，初始电子的运动可以被限制在邻近阴极的区域，从而增加气体原子的电离效率。

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