磁控濺射技術

磁控濺射原理：電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛倫茲力的影響，被束縛在靠近靶面的電漿區域內，該區域內電漿密度很高，二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運動，該電子的運動路徑很長。

基本介紹

• 中文名：磁控濺射技術
• 屬性：磁控濺射
• 性質：技術
• 特點：成膜速率高，基片溫度低。

簡介

在運動過程中不斷的與氬原子發生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，經過多次碰撞後電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠離靶材，最終沉積在基片上。 磁控濺射就是以磁場束縛和延長電子的運動路徑，改變電子的運動方向，提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。電子的歸宿不僅僅是基片，真空室內壁及靶源陽極也是電子歸宿。但一般基片與真空室及陽極在同一電勢。磁場與電場的互動作用（ E X B drift）使單個電子軌跡呈三維螺旋狀，而不是僅僅在靶面圓周運動。至於靶面圓周型的濺射輪廓，那是靶源磁場磁力線呈圓周形狀分布。磁力線分布方向不同會對成膜有很大關係。 在E X B shift機理下工作的除磁控濺射外，還有多弧鍍靶源，離子源，等離子源等都在此原理下工作。所不同的是電場方向，電壓電流大小等因素。

磁控濺射的基本原理是利用 Ar一O2混合氣體中的電漿在電場和交變磁場的作用下，被加速的高能粒子轟擊靶材表面，能量交換後，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，轉移到基體表面而成膜。

磁控濺射的特點是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現大面積鍍膜。該技術可以分為直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法。

磁控濺射(magnetron-sputtering)是70年代迅速發展起來的一種“高速低溫濺射技術”。磁控濺射是在陰極靶的表面上方形成一個正交電磁場。當濺射產生的二次電子在陰極位降區內被加速為高能電子後，並不直接飛向陽極，而是在正交電磁場作用下作來回振盪的近似擺線的運動。高能電子不斷與氣體分子發生碰撞並向後者轉移能量，使之電離而本身變成低能電子。這些低能電子最終沿磁力線漂移到陰極附近的輔助陽極而被吸收，避免高能電子對極板的強烈轟擊，消除了二極濺射中極板被轟擊加熱和被電子輻照引起的損傷，體現出磁控濺射中極板“低溫”的特點。由於外加磁場的存在，電子的複雜運動增加了電離率，實現了高速濺射。磁控濺射的技術特點是要在陰極靶面附屬檔案產生與電場方向垂直的磁場，一般採用永久磁鐵實現。

材料性能

如果靶材是磁性材料，磁力線被靶材禁止，磁力線難以穿透靶材在靶材表面上方形成磁場，磁控的作用將大大降低。因此，濺射磁性材料時，一方面要求磁控靶的磁場要強一些，另一方面靶材也要製備的薄一些，以便磁力線能穿過靶材，在靶面上方產生磁控作用。

磁控濺射設備一般根據所採用的電源的不同又可分為直流濺射和射頻濺射兩種。直流磁控濺射的特點是在陽極基片和陰極靶之間加一個直流電壓，陽離子在電場的作用下轟擊靶材，它的濺射速率一般都比較大。但是直流濺射一般只能用於金屬靶材，因為如果是絕緣體靶材，則由於陽粒子在靶表面積累，造成所謂的“靶中毒”，濺射率越來越低。