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磁控溅射的基本概念和基本原理

发布时间:2022-07-18      点击次数:1033
一、磁控溅射概述
磁控溅射是物理气相沉积的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点,而上世纪 70 年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射,必须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。
 
二、基本概念
溅射:用荷能粒子轰击固体表面时,固体表面原子受到荷能粒子碰撞,有可能获得足够的能量和动量,并从表面逸出的现象。
 
溅射镀膜:用荷能粒子轰击固体靶材,使靶材原子溅射出来并沉积到基体表面形成薄膜的镀膜技术。
 
气体放电:气体通常不导电,但是当气体压强较低时,则很容易被电场击穿而导电,这种气体被击穿而导电的现象称为气体放电。低压气体放电分为辉光放电和弧光放电,在溅射镀膜中,能量粒子是通过辉光放电产生的。
 
等离子体:当提高气体温度,使气体分子热运动动能与其电离能可比时,粒子之间通过碰撞就可以产生大量的电离过程,使得原来由分子或原子组成的中性气体变成由带正电的离子和带负电的电子,可能还有一些中性的原子和分子所组成的物质状态,这就是等离子体态。等离子体可以通过辉光放电和电弧放电产生。
 
三、基本原理
基体和靶材正对,基体接地,靶接负电压,即基体相对于靶材为正电位,所以电场方向由基体指向靶。用于产生磁场的永磁体设置在靶材背面,磁力线从永磁体的N极指向S极,并与阴极靶面构成封闭空间。靶材和磁铁由冷却水冷却。
 
当真空室抽真空到压强低于10-3Pa时,向真空室充人Ar气至0.1~1 Pa,然后在阴阳两极施加电压,当电压值合适时(通常为300~700V左右),气体发生辉光放电,形成氩等离子体。氢等离子体中Ar+在电场力作用下向阴极靶材移动,穿过阴极暗区时得到加速,轰击靶材,溅射出靶材原子和二次电子。
 
辉光放电时,电位降主要降在阴极暗区,而阴极暗区就在阴极附近。靶表面分布着磁场,任一点的磁场都可以分解成平行于和垂直于电场两个方向,靶表面发射辉光放电时,电位降主要降在阴极暗区,而阴极暗区就在阴极附近。靶表面分布着磁场,任一点的磁场都可以分解成平行于和垂直于电场两个方向,靶表面发射束,向基体迁徙,最后在基体表面沉积形成薄膜。
 
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