磁控溅射镀膜设备原理及其优点

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-09-06

磁控溅射技术(MS)作为一种十分有效的薄膜沉积方法，被普遍和成功地应用于许多方面，特别是在混合集成电路、光学薄膜和材料表面处理领域中，用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。与热蒸发和电弧镀相比较，MS技术沉积薄膜过程稳定，控制方便，可以根据不同的需要来设计靶材，容易获得较大范围的薄膜均匀性。同时，MS成膜离子的能量一般高于热蒸发，低于电弧镀，因此，容易获得附着力好、致密度高、内应力小的薄膜。

1，磁控溅射镀膜的原理

溅射技术是指用有一定能量的粒子轰击固体表面，使该固体表面的原子或者分子离开其表面，溅射出去的技术，该固体被称为靶材，飞溅而出的原子或分子落于另一固体表面形成镀膜，被镀膜的固体称之为基片。电子在外加电场作用下，加速向外飞出，与Ar原子发生碰撞，使Ar原子电离成Ar离子和二次电子，并将其大部分能量传递给Ar离子，Ar离子获得能量后以高速轰击靶材，使其上原子或分子脱离靶材表面飞溅出去，这些获得能量的原子或分子落于基片表面并沉淀下来形成镀膜。但由于发生了多次的能量传递，导致电子无法轰击电离靶材，而是直接落于基片之上。磁控溅射是在外加电场的两极之间引入一个磁场，电子受电场力加速作用的同时受到洛伦兹磁力的束缚作用，从而使其运动轨迹由原来的直线变成摆线，从而增加了高速电子与氩气分子相碰撞的几率，能大大提高氩气分子的电离程度，因此便可降低了工作气压，而Ar离子在高压电场加速作用下，轰击靶材表面，使靶材表面更多的原子或分子脱离原晶格而溅出靶材飞向基片，高速撞击沉淀于基片上形成薄膜，由于二次电子残余的能量较低，落于基片后引起的温度变化并不明显，于是磁控溅射镀膜技术拥有“高速低温”的特点。其原理如图一所示：

图 1 磁控溅射镀膜原理图

2，磁控溅射镀膜技术与传统的镀膜技术相比的优点

可制备成靶材的材料很多，选材面较广，几乎所有金属，合金和陶瓷材料都可以被用来制作靶材；在一定条件下通过多个靶材共同溅射方式，可在基片表面镀上一层比例精确的合金膜；通过精确地控制磁场与电场的大小可以获得高质量且较为均匀的膜厚；由于是通过离子溅射从而使得靶材物质由固态直接转变为高速离子态，而且溅射靶的安装是不受限制的，使之十分适合大容积多靶装置的设计；此外，在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，可以是靶材与这些气体发生反应形成化合物膜层沉淀在基片的表面；同时，磁控溅射技术形成镀膜具有速度快，膜层致密均匀精度高附着性好等特点，从而此项技术十分适合大批量的工业化生产，并具有极高的生产率与生产效率。

随着科技的进步，磁控溅射设备技术愈加成熟，其成本逐渐被民用市场接受，磁控溅射技术不再局限于军工、航空航天等领域关键元器件的制备应用，目前已广泛应用到光学薄膜、薄膜太阳能电池、半导体等领域。