射頻濺射是利用射頻放電電漿中的正離子轟擊靶材、濺射出靶材原子從而沉積在接地的基板表面的技術。
射頻濺射： 用交流電源代替直流電源就構成了交流濺射系統， 由於常用的交流電源的頻率在射頻段（ 5~30MHz ） 所以這種濺射方法稱為射頻濺射。
射頻濺射射頻濺射幾乎可以用來沉積任何固體材料的薄膜，獲得 的薄膜緻密、純度高、與基片附著牢固、建設速率大、 工藝重複性好。常用來沉積各種合金膜、磁性膜以及 其他功能膜。
基本介紹
- 中文名：射頻濺射
- 外文名：radio frequency sputtering
簡介,射頻濺射的基本原理,特點,套用,
簡介
射頻濺射（RFsputtering）
在直流濺射裝置中如果使用絕緣材料靶時，轟擊靶面得正離子會在靶面上累積，使其帶正電，靶電位從而上升，使得電極間的電場逐漸變小，直至輝光放電熄滅和濺射停止，所以直流濺射裝置不能用來濺射沉積絕緣介質薄膜。為了濺射沉積絕緣材料，人們將直流電源換成交流電源。由於交流電源的正負性發生周期交替，當濺射靶處於正半周時，電子流向靶面，中和其表面積累的正電荷，並且積累電子，使其表面呈現負偏壓，導致在射頻電壓的負半周期時吸引正離子轟擊靶材，從而實現濺射。由於離子比電子質量大，遷移率小，不像電子那樣很快地向靶表面集中，所以靶表面的點位上升緩慢，由於在靶上會形成負偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導體靶。
在射頻濺射裝置中，電漿中的電子容易在射頻場中吸收能量並在電場內振盪，因此，電子與工作氣體分子碰撞並使之電離產生離子的機率變大，故使得擊穿電壓、放電電壓及工作氣壓顯著降低。
射頻濺射使用交流電源而不是直流電源的原因？
在直流射頻裝置中如果使用絕緣材料靶時，轟擊靶面得正離子會在靶面上累積，使其帶正電，靶電位從而上升，使得電極間的電場逐漸變小，直至輝光放電熄滅和濺射停止。所以直流濺射裝置不能用來濺射沉積絕緣介質薄膜。為了濺射沉積絕緣材料，人們將直流電源換成交流電源。由於交流電源的正負性發生周期交替，當濺射靶處於正半周時，電子流向靶面，中和其表面積累的正電荷，並且積累電子，使其表面呈現負偏壓，導致射頻電壓的負半周時吸引正離子轟擊靶材，從而實現濺射。由於在靶上會形成負偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導體靶。
射頻濺射的基本原理
兩極間接上射頻（5~30MHz，國際上多採用13.56MHz）電源後，兩極間電漿中不斷振盪運動的電子從高頻電場中獲得足夠的能量，並更有效地與氣體分子發生碰撞，並使後者電離，產生大量的離子和電子，此時不再需要在高壓下（10Pa左右）產生二次電子來維持放電過程，射頻濺射可以在低壓（1Pa左右）下進行，沉積速率也因此時氣體散射少而較二極濺射為高；高頻電場可以經由其他阻抗形式耦合進入沉積室，而不必再要求電極一定要是導體；由於射頻方法可以在靶材上產生自偏壓效應，即在射頻電場作用的同時，靶材會自動處於一個較大的負電位下，從而導致氣體離子對其產生自發的轟擊和濺射，而在襯底上自偏壓效應很小，氣體離子對其產生的轟擊和濺射可以忽略，主要是沉積過程。
射頻濺射裝置示意圖
射頻電場對於靶材的自偏壓效應
由於電子的運動速度比離子的速度大得多，因而相對於電漿來說，電漿近旁的任何部位都處於負電位。構想一個電極上開始並沒有任何電荷積累。在射頻電壓的驅動下，它既可作為陽極接受電子，又可作為陰極接受離子。在一個正半周期中，電極將接受大量電子，並使其自身帶有負電荷。在緊接著的負半周期中，它又將接受少量運動速度較慢的離子，使其所帶負電荷被中和一部分。經過這樣幾個周期後，電極上將帶有一定數量的負電荷而對電漿呈現一定的負電位。（此負電位對電子產生排斥作用，使電極此後接受的正負電荷數目相等）設等離子電位為Vp（為正值），則接地的真空室（包含襯底）電極（電位為0）對等離子的電位差為-Vp，設靶電極的電位為Vc（是一個負值），則靶電極相對於電漿的電位差為Vc-Vp。|Vc-Vp|幅值要遠大於|-Vp|。因此，這一較大的電位差使靶電極實際上處在一個負偏壓之下，它驅使電漿在加速後撞擊靶電極，從而對靶材形成持續的濺射。（1）射頻濺射條件：工作氣壓1.0Pa，濺射電壓1000V，靶電流密度1.0mA/cm2,薄膜沉積速率低於0.5μm/min。（2）射頻濺射法的特點能夠產生自偏壓效應，達到對靶材的轟擊濺射，並沉積在襯底上；自發產生負偏壓的過程與所用靶材是否是導體無關。但是，在靶材是金屬導體的情況下，電源須經電容耦合至靶材，以隔絕電荷流通的路徑，從而形成自偏壓；
與直流濺射時的情況相比，射頻濺射法由於可以將能量直接耦合給電漿中的電子，因而其工作氣壓和對應的靶電壓較低。
特點
1、可在低氣壓下進行，濺射速率高。
2、不僅可濺射金屬靶，也可濺射絕緣靶，可以把導體，半導體，絕緣體中的任意材料薄膜化。
3、必須十分注意接地問題。
套用
近年來，射頻濺射在研製大規模集電路絕緣膜、壓電聲光功能膜、化合物半導體膜及高溫超導膜等方面有重要套用。
