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1、磁控濺射鍍膜技術(shù)綜合介紹（課程作業(yè)）姓名：揣濤濤學(xué)號：1015221011班級：2010級電子科學(xué)與技術(shù)1班7摘要：上世紀(jì)80年代開始，磁控濺射技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的推廣。現(xiàn)在磁控濺射技術(shù)已經(jīng)在鍍膜領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著極大的作用。正是近來市場上各方面對高質(zhì)量薄膜日益增長的需要使磁控濺射不斷的發(fā)展。在許多方面，磁控濺射薄膜的表現(xiàn)都比物理蒸發(fā)沉積制成的要好；而且在同樣的功能下采用磁控濺射技術(shù)制得的能夠比采用其他技術(shù)制得的要厚。因此，磁控濺射技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域包括制造硬的、抗磨損的、低摩擦的、抗
2、腐蝕的、裝潢的以及光電學(xué)薄膜等方面具有重要是影響【1】、【2】。前言：磁控濺射技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用,是由該技術(shù)有別于其它鍍膜方法的特點所決定的。其特點可歸納為:可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料,包括各種金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質(zhì),尤其適合高熔點和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當(dāng)條件下多元靶材共濺射方式,可沉積所需組分的混合物、化合物薄膜;在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體,可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜;控制真空室中的氣壓、濺射功率,基本上可獲得穩(wěn)定的沉積速率,通過精確地控制濺射鍍膜時間,容易獲得
3、均勻的高精度的膜厚,且重復(fù)性好;濺射粒子幾乎不受重力影響,靶材與基片位置可自由安排;基片與膜的附著強度是一般蒸鍍膜的10倍以上,且由于濺射粒子帶有高能量,在成膜面會繼續(xù)表面擴散而得到硬且致密的薄膜,同時高能量使基片只要較低的溫度即可得到結(jié)晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生產(chǎn)厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜【1】。一、磁控濺射工作原理【3】：磁控濺射屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進行鍍膜。膜層粒子來源于輝光放電中，氬離子對陰極靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來后，沉積到元件表面形成所需膜層。磁控原理就是采用正交電磁場的特殊分
4、布控制電場中的電子運動軌跡，使得電子在正交電磁場中變成了擺線運動，因而大大增加了與氣體分子碰撞的幾率。1、濺射機理：用高能粒子(大多數(shù)是由電場加速的氣體正離子)撞擊固體表面(靶)，使固體原子(分子)從表面射出的現(xiàn)象稱為濺射。濺射現(xiàn)象很早就為人們所認(rèn)識，通過前人的大量實驗研究，我們對這一重要物理現(xiàn)象得出以下幾點結(jié)論:7(1)濺射率隨入射離子能量的增加而增大;而在離子能量增加到一定程度時，由于離子注入效應(yīng)，濺射率將隨之減小;(2)濺射率的大小與入射粒子的質(zhì)量有關(guān):(3)當(dāng)入射離子的能量低于某一臨界值(閥值)時，不會發(fā)生濺射;(4)濺射原子的能
5、量比蒸發(fā)原子的能量大許多倍;(5)入射離子的能量很低時，濺射原子角分布就不完全符合余弦分布規(guī)律。角分布還與入射離子方向有關(guān)。從單晶靶濺射出來的原子趨向于集中在晶體密度最大的方向。(6)因為電子的質(zhì)量很小，所以即使使用具有極高能量的電子轟擊靶材也不會產(chǎn)生濺射現(xiàn)象。由于濺射是一個極為復(fù)雜的物理過程，涉及的因素很多，長期以來對于濺射機理雖然進行了很多的研究，提出過許多的理論，但都難以完善地解釋濺射現(xiàn)象。1、輝光放電：輝光放電是在真空度約為一的稀薄氣體中，兩個電極之間加上電壓時產(chǎn)生的一種氣體放電現(xiàn)象。濺射鍍膜基于荷能離子轟擊靶材時的濺射效應(yīng)，而整
6、個濺射過程都是建立在輝光放電的基礎(chǔ)之上的，即濺射離子都來源于氣體放電。不同的濺射技術(shù)所采用的輝光放電方式有所不同，直流二極濺射利用的是直流輝光放電，磁控濺射是利用環(huán)狀磁場控制下的輝光放電。如圖所示為一個直流氣體放電體系，在陰陽兩極之間由電動勢為的直流電源提供電壓和電流，并以電阻作為限流電阻。在電路中，各參數(shù)之間應(yīng)滿足下述關(guān)系：V=E-IR使真空容器中Ar氣的壓力保持一定7，并逐漸提高兩個電極之間的電壓。在開始時，電極之間幾乎沒有電流通過，因為這時氣體原子大多仍處于中性狀態(tài)，只有極少量的電離粒子在電場的作用下做定向運動，形成極為微弱的電流，
7、即圖(b)中曲線的開始階段所示的那樣。隨著電壓逐漸地升高，電離粒子的運動速度也隨之加快，即電流隨電壓上升而增加。當(dāng)這部分電離粒子的速度達到飽和時，電流不再隨電壓升高而增加。此時，電流達到了一個飽和值（對應(yīng)于圖曲線的第一個垂直段）。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時，離子與陰極之間以及電子與氣體分子之間的碰撞變得重要起來。在碰撞趨于頻繁的同時，外電路轉(zhuǎn)移給電子與離子的能量也在逐漸增加。一方面，離子對于陰極的碰撞將使其產(chǎn)生二次電子的發(fā)射，而電子能量也增加到足夠高的水平，它們與氣體分子的碰撞開始導(dǎo)致后者發(fā)生電離，如圖(a)所示。這些過程均產(chǎn)生新的離子和電子，即碰
8、撞過程使得離子和電子的數(shù)目迅速增加。這時，隨著放電電流的迅速增加，電壓的變化卻不大。這一放電階段稱為湯生放電。在湯生放電階段的后期，放電開始進入電暈放電階段。這時，在電場強度較高的電極尖端部位
