磁控溅射靶材中毒

浅谈磁控溅射镀膜工艺中的反应溅射信义玻璃（天津）有限公司陈大伟摘要：本文介绍了磁控溅射镀膜工艺、磁控溅射设备、非反应溅射与反应溅射：反应溅射是一个非常复杂的过程。

重点对反应溅射中的“直流氧化溅射”、“阳极消失效应”、“靶材中毒现象”、“磁滞效应现象”、“金属模式”、“过渡模式”、“反应模式”、“反应溅射磁滞效应特征曲线”进行分析。

在生产过程中，掌握反应溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象，利用有效的手段进行调整，才能达到高效的溅射速率以及高质量的膜层性能，防止不良溅射现象的出现。

0引言磁控溅射镀膜是目前离线镀膜玻璃生产最重要的方式之一.其生产溅射工艺非常复杂.其中包含直流和交流溅射的控制模式，平面阴极、旋转阴极的溅射设备，惰性和反应的工作气体以及适当的低气压环境等方面。

在生产过程中不同的磁控阴极、材料、气氛等又会有不同的工艺控制模式，其中包含非反应溅射以及反应溅射，而反应溅射中又涉及到靶材溅射的金属模式、磁滞效应、中毒模型等，这些均会影响到膜层组分、溅射效率、成膜质量及性能等方面。

在实际的生产过程中.掌握磁控溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象并做出及时的处理.对最终高质量高效率成膜控制具有重大意义。

1磁控溅射简介1.1溅射工艺磁控溅射是物理气相沉积（PVD）的一种，是一种十分有效的薄膜沉积方法。

上世纪70年代广泛发展起来的磁控阴极溅射法可以在玻璃上沉积出高质量的用于控制光线和太阳能的膜层。

简单地讲，就是在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子，在阴极电场的加速下，轰击刻蚀阴极上的靶材，使材料源的离子从靶材表面上脱离崩射出来，然后沉积附着在基片上。

溅射镀膜过程是将基片置-4-于有特殊设计的阴极和工作气体的真空腔室中来实现的，在阴极上施加负电压，当真空腔体内达到适当的条件进行等离子体辉光放电（图1）。

带正电的气体离子受到带负电的阴极靶材表面的吸引，正原子对负电位的靶材的撞击非常强烈，使得靶材上的原子从表面崩射出来并沉积在玻璃上，从而形成一层原子依次排列的薄膜（图2）。

百科名片磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。

氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。

二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。

磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。

电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。

但一般基片与真空室及阳极在同一电势。

磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。

至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。

磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。

在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。

所不同的是电场方向，电压电流大小而已。

磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。

磁控溅射的特点是成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好，可实现大面积镀膜。

该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。

磁控溅射(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。

磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。

当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。

磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？A:第一：靶面金属化合物的形成。

由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。

在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。

反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。

在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。

第二：靶中毒的影响因素影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。

反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。

如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。

在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。

如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。

第三：靶中毒现象(1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极溅射无法进行下去。

（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。

第四：靶中毒的物理解释（1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。

磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例（薄膜物理大作业论文）班级：1035101班学号：1101900508姓名：孙静一、前言镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜，使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。

自七十年代开始，在世界发达国家和地区，传统的单一采光材料—普通建气琳璃，已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代，如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目，发展也颇为迅速，如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃，美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年，在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区，镀膜玻璃的使用也日渐盛行。

镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。

目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。

浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中，取出后送人炉中加热，去除有机物，从而形成了金属氧化物膜层。

由于浸渍法使玻璃两边涂膜，且低边部膜层较厚，同时可供水解盐类不多，因而在国内未得到很好推广。

化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状，然后涂到加热后的玻璃表面上。

这种方法由于受到所镀物质的限制，且在大板上也难真空蒸发法是在真空条件下，通过电加热使镀膜材料蒸发，由固相转化为气相，从而沉积在玻璃表面上，形成稳定的薄膜。

此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。

只能生产单层金属镀膜玻璃，颜色也难以控制。

磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。

在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行，如电浮法、热喷涂等方法，目前我国较少使用。

在这些方法中，磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法，它的膜层由多层金属或金属氧化层组成，允许任意调节能量通过率、能量反射率，具有良好的外观美学效果，它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点，因而目前国际上广泛采用这一方法。