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简述磁控溅射

溅射靶材 2020-07-21 10:12

磁控溅射特点是在阴极靶材面上建立一个环状磁靶,以控制二次电子的运动,离子轰击靶面所产生的二次电子在阴极暗区被电场加速之后飞向阳极。实际上,任何溅射装置都有附加磁场以延长电子飞向阳极的行程。其目的是让电子尽可能多产生几次碰撞电离,从而增加等离子体密度,提高溅射效率。只不过磁控溅射所采用的环形磁场对二次电子的控制更加严密。

磁控溅射所利用的环状磁场迫使二次电子跳栏式地沿着环状磁场转圈。相应地,环状磁场控制的区域是等离子体密度最高的部位。在磁控溅射时,可以看见溅射气体——氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光,形成一个光环。处于光环下的靶材是被离子轰击最严重的部位,会溅射出一条环状的沟槽。环状磁场是电子运动的轨道,环状的辉光和沟槽将其形象地表现了出来。

能量较低的二次电子在靠近靶的封闭等离子体中作循环运动,路程足够长,每个电子使原子电离的机会增加,而且只有在电子的能量耗尽以后才能脱离靶材表面落在阳极(基片)上,这是基片温升低、损伤小的主要原因。高密度等离子体被电磁场束缚在靶材面附近,不与基片接触。这样电离产生的正离子能十分有效地轰击靶面,基片又免受等离子体的轰击。电子与气体原子的碰撞几率高,因此气体离化率大大增加。

磁控溅射靶大致可分为柱状靶材和平面靶两大类。柱状靶材原理结构简单,但其形状限制了它的用途。在工业生产中多应用的是矩形平面靶材,目前已有长度达4m的矩形靶材用于镀制窗玻璃的隔热膜,让基片连续不断地由矩形靶材下方通过,不但能镀制大面积的窗玻璃,还适于在成卷的聚酯带上镀制各种膜层。还有一种是溅射枪(S-枪),它的结构较复杂,一般要配合行星式夹具使用,应用较少。

磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材,就会导致整块靶材报废,所以靶材的利用率不高,一般低于40%,这是磁控溅射的主要缺点。

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