关于磁控溅射基础知识

磁控溅射仪1.磁控溅射原理;磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似一条摆线。

若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。

随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。

由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。

磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。

入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。

在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。

2.磁控溅射构造磁控溅射薄膜沉积系统包括：气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。

其中(1) 气路系统：与PECVD系统类似，磁控溅射系统应包括一套完整的气路系统。

但是，与PECVD 系统不同的是，PECVD系统中，气路中为反应气体的通道。

而磁控溅射系统气路中一般为Ar、N2等气体。

这些气体并不参与成膜，而是通过发生辉光放电现象将靶材原子轰击下来，使靶材原子获得能量沉积到衬底上成膜。

(2) 真空系统：与PECVD系统类似，磁控溅射沉积薄膜前需要将真空腔室抽至高真空。

因此，其真空系统也包括机械泵、分子泵这一高真空系统。

(3) 循环水冷却系统：工作过程中，一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却，以防止部件损坏。

磁控溅射（1讲义理论）磁控溅射【实验目的】1、了解磁控溅射基本原理。

2、了解射频磁控溅射仪器构造及使用方法。

3、了解利用射频磁控溅射制备薄膜。

【实验仪器】DHRM-3射频磁控溅射镀膜装置【实验原理】1、磁控溅射原理：用高能粒子（大多数是由电场加速的正离子）撞击固体表面，在与固体表面的原子或分子进行能量交换后，从固体表面飞出原子或分子的现象称为溅射。

按照溅射理论的级联碰撞模型如图1所示，当入射离子与靶原子发生碰撞时把能量传给靶原子，在准弹性碰撞中，通过动量转移导致晶格的原子撞出，形成级联碰撞。

当级联碰撞延伸到靶表面，使表面粒子的能量足以克服结合能时，表面粒子逸出成为溅射粒子。

溅射粒子沉积到基底或工件表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜法。

对于直流溅射，靶材是需要溅射的材料，它作为阴极，相对于基底有数千伏的电压。

对系统预抽真空以后，充入适当压力的惰性气体。

例如Ar2作为气体放电的载体，压力一般为1～10Pa的范围内。

在正负极高压的作用下，极间的气体原子将被大量电离。

电离过程使Ar原子电离成为Ar+离子和可以独立运动的电子e。

其中电子飞向阳极，而带正电荷的Ar＋离子则在高压电场的加速作用下高速飞向作为阴极的靶材，并与靶材原子发生级联碰撞而使靶表面粒子逸出，沉积在基底上而形成薄膜。

直流溅射只能沉积金属膜，而不能沉积绝缘介质膜。

其原因是由于，当溅射绝缘介质靶材时，轰击绝缘介质靶材表面的正离子和电荷无法中和，于是导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶（绝缘介质）上，极间的粒子加速与电离就会变小，以至于溅射不能维持。

如果在靶和基底之间加一射频电压，那么溅射将可以维持。

这是因为在溅射靶电极处于高频电压的负半周时，正离子对靶材进行轰击引起溅射。

与此同时，在介质靶面积累了大量的正电荷。

当溅射靶电极处于高频电压的正半周时，由于电子对靶材进行轰击中和了积累在介质靶面的正电荷，就为下一周期的溅射创造了条件。

这样，在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现溅射材料实质的目的。

磁控溅射的原理磁控溅射，是一种高效且具有广泛应用前景的表面处理技术。

它利用高频电磁场，将材料原料加速到高速质点，并使其在惰性气体环境下与基体发生反应，从而形成高品质的薄膜。

该技术广泛应用于电子、光学、能源、化工等领域，成为现今极具发展潜力的表面处理技术之一。

本文将分步骤阐述磁控溅射的原理，以期为读者展现其深刻的技术内涵。

第一步：磁场辅助离子化在磁控溅射技术中，最先需要实现的是材料原料被离子化成正离子，以便它们能够被加速器和磁场进行有效的控制。

为了实现此目标，首先需要在溅射室内建立高频电磁场，使气体离子化。

高频电磁场的存在，可以产生能量足以将材料原料离子化的电子，从而将材料原料转化为离子，并进一步促进形成离子的发射。

第二步：离子加速与反应在使用高频电磁场使材料原料离子化之后，我们需要将离子集中加速，使其在与惰性气体接触时，能够产生反应。

通过饱和溅射材料原料，可以提供足够的离子浓度，从而使离子集中加速，加速质量越大，其运动速度就越快。

通过磁控溅射使材料原料离子化后形成的正离子与惰性气体原子之间碰撞，产生自由电子和离子，自由电子遵从离子的运动轨迹，而离子可以被高频电场加速，以高速撞击到基底生长。

这些离子在撞击基底生长的过程中，会大大提高表面的能量，从而使基底表面的活性物质产生化学反应。

这是磁控溅射技术中最重要的一个步骤。

第三步：薄膜生长与形成在第二步发生的离子加速和反应中，大量的正离子会被撞击到基底表面，以形成一层新的薄膜。

随着磁控溅射的进行和反应密度的增加，薄膜的厚度也随之增加。

而新产生的薄膜将进一步影响溅射条件，影响反应速率，从而改变生成薄膜的属性性质。

总体来看，磁控溅射技术的原理，可以总结为三个基本步骤：磁场辅助离子化、离子加速与反应、薄膜生长与形成。

通过这种技术，我们可以大幅度提高薄膜的质量，使其具有良好的可控性和高度的稳定性。

在未来的革新之中，磁控溅射技术无疑将得到迅速发展，铸就出更为辉煌的篇章。

磁控溅射原理磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、信息存储、显示器件等领域。

磁控溅射原理是指在磁场作用下，通过离子轰击靶材使其表面原子或分子脱离并沉积在基底表面形成薄膜的过程。

本文将从磁控溅射的基本原理、设备结构和工艺特点等方面进行介绍。

首先，磁控溅射的基本原理是利用离子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子脱离，并沉积在基底表面形成薄膜。

在磁控溅射系统中，通常采用惰性气体（如氩气）作为溅射气体，通过电离产生的离子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子脱离。

同时，通过外加磁场的作用，使得离子在靶材表面形成螺旋状轨迹，增加了沉积薄膜的均匀性和致密性。

其次，磁控溅射设备通常由真空室、靶材、基底架、溅射源、磁控装置和辅助加热装置等组成。

真空室用于提供高真空环境，保证溅射过程中的稳定性和纯净度；靶材是溅射的原料，可以是金属、合金、化合物等材料；基底架用于放置基底材料，通常需要加热以提高薄膜的结晶度和致密性；溅射源是产生离子的地方，通常采用直流或射频电源产生电弧，将靶材表面的原子或分子脱离；磁控装置用于产生磁场，控制离子轨迹，增加薄膜的均匀性和致密性；辅助加热装置用于提高基底的温度，促进薄膜的结晶生长。

最后，磁控溅射具有工艺简单、成本低、薄膜均匀致密、沉积速率快等特点，广泛应用于半导体器件、光学镀膜、信息存储介质、显示器件等领域。

在半导体工业中，磁控溅射被用于制备金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等，用于制备电极、金属层、光学膜等功能材料。

在光学镀膜领域，磁控溅射被用于制备反射膜、透射膜、滤光膜等，用于改善光学器件的性能。

在信息存储介质领域，磁控溅射被用于制备磁记录介质膜，用于制备磁盘、磁带等存储介质。

在显示器件领域，磁控溅射被用于制备透明导电膜、光学膜、阻挡层等，用于制备液晶显示器、有机发光二极管等显示器件。

总之，磁控溅射作为一种重要的薄膜沉积技术，具有广泛的应用前景和重要的科学研究意义。

随着材料科学和工艺技术的不断发展，磁控溅射技术将在更多领域发挥重要作用，推动相关领域的发展和进步。

磁控溅射仪原理磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备设备，利用磁场和离子束的作用，将固体材料溅射到基底上，形成薄膜。

它的原理主要包括磁控溅射过程、溅射材料的选择和基底的制备等。

磁控溅射过程是磁控溅射仪的核心原理。

在磁控溅射仪中，首先需要将固体材料放置在溅射靶材上。

然后，在真空室中建立一定的气压，以保证溅射过程中的气体分子不会对靶材和基底产生干扰。

接下来，通过施加磁场，可以将氩离子束引导到靶材的表面。

当氩离子与靶材表面相互碰撞时，会将靶材表面的原子和分子溅射出来，并以高速飞向基底。

最后，这些溅射粒子在基底表面堆积形成一层薄膜。

磁控溅射过程中的磁场起到了至关重要的作用。

磁场的作用是将氩离子束限制在靶材表面的一个区域内，使其只能与靶材表面相互碰撞，而不会飞散到其他地方。

磁场的强弱和方向可以通过调节磁控溅射仪中的磁铁来控制，以适应不同材料的溅射要求。

同时，磁场还可以影响溅射过程中的离子束的能量和轨道，从而控制薄膜的质量和性能。

在选择溅射材料时，需要考虑材料的物理和化学性质，以及薄膜的应用要求。

常用的溅射材料包括金属、氧化物、硅、氮化物等。

不同的材料会对薄膜的结构和性能产生不同的影响。

例如，金属材料可以制备导电性较好的薄膜，氧化物材料可以制备绝缘性较好的薄膜。

此外，还可以通过控制溅射工艺参数，如溅射功率、气体压力和溅射时间等，来调节薄膜的厚度和成分，以满足不同应用的需求。

除了溅射材料的选择，基底的制备也是磁控溅射过程中的重要环节。

基底的表面质量和结构对于薄膜的成长和性能具有重要影响。

在磁控溅射之前，需要对基底进行表面清洗和预处理，以去除表面的杂质和氧化物，并提供良好的溅射条件。

常用的基底材料包括硅、玻璃、金属等。

选择合适的基底材料可以使薄膜与基底之间具有良好的结合和界面性能。

磁控溅射仪通过磁场和离子束的作用，实现了将固体材料溅射到基底上制备薄膜的过程。

磁控溅射仪的原理包括磁控溅射过程、溅射材料的选择和基底的制备等。

磁控溅射的原理和应用1. 概述磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，通过在真空环境下利用磁控电弧放电，在靶材表面产生等离子体并溅射到基底表面，形成薄膜覆盖层。

本文将介绍磁控溅射的原理和应用。

2. 原理磁控溅射的原理基于磁控电弧放电和溅射现象。

2.1 磁控电弧放电磁控电弧放电是利用磁场将电弧限制在靶材表面的一种放电方式。

它通过施加磁场，使电子在磁场力的作用下做螺旋状的运动，从而形成长度较长的电弧，能够保持稳定的放电状态。

2.2 溅射现象溅射现象是指在电弧放电过程中，高速冲击电子将靶材表面的原子或分子击出，并以原子或离子的形式沉积在基底表面。

这种溅射现象是磁控溅射薄膜制备的基础。

3. 设备和工艺3.1 设备磁控溅射设备主要由真空腔体、靶材、基底台、磁场系统、电极和电源等组成。

真空腔体用于提供真空环境，靶材是溅射源，基底台用于支撑待溅射的基底材料。

3.2 工艺磁控溅射工艺包括电弧放电、离子热化、溅射和沉积等步骤。

首先，通过施加适当的电流和电压，在靶材上形成电弧放电；然后，通过引入反离子束进行离子热化，使靶材表面清洁；接下来，激活靶材表面的原子或离子开始溅射；最后，溅射的原子或离子在基底表面沉积，形成薄膜层。

4. 应用磁控溅射技术在各个领域都有广泛的应用，如下所示：•光学薄膜：磁控溅射技术可用于制备光学薄膜，如反射镜、透镜等。

通过控制溅射参数和靶材的选择，可以调控薄膜的光学性能。

•电子元器件：磁控溅射技术可用于制备电子元器件的金属导电层或绝缘层。

这些薄膜可以提供电子元器件的功能和保护。

•太阳能电池：磁控溅射技术可用于制备太阳能电池的薄膜层。

这些薄膜层可以提高太阳能电池的光吸收和电子传输效率。

•防护涂层：磁控溅射技术可用于制备具有防护功能的涂层。

这些涂层可以提供对外界环境的防腐、防蚀等保护。

5. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜制备技术，其原理基于磁控电弧放电和溅射现象。

通过磁控溅射技术，可以制备具有不同性质的薄膜，并在光学、电子、能源等领域得到广泛应用。

磁控溅射1、磁控溅射磁控溅射是一个磁控运行模式的二极溅射。

它与二~四极溅射的主要不同点：一是，在溅射的阴极靶后面设置了永久磁钢或电磁铁。

在靶面上产生水平分量的磁场或垂直分量的磁场(例如对向靶)，由气体放电产生的电子被束缚在靶面附近的等离子区内的特定轨道内运转;受电场力和磁场力的复合作用，沿一定的跑道作旋轮转圈。

靶面磁场对荷电粒子具有约束作用，磁场愈强束缚的愈紧。

由于电磁场对电子的束缚和加速，电子在到达基片和阳极前，其运动的路径也大为延长，使局部Ar气的碰撞电离几率大大增加，氩离子Ar+在电场作用下加速，轰击作为阴极的靶材。

把靶材表面的分子、原子及离子及电子等溅射出来，提高了靶材的飞溅脱离率。

被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿着一定的方向射向基体，最后沉积在基体上成膜。

经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶电源阳极上。

工作气体电离几率的增加和靶材离化率的提高，使真空气体放电时内阻减小，故磁控靶发生溅射沉积时的工作电压较低(多数在4-600V之间)，有的工作电压略高(例如>700V)，有的工作电压较低(例如300V左右)。

磁控溅射发生时，其溅射工作电压主要降落在磁控靶的阴极位降区上。

由于磁控溅射沉积的膜层均匀、致密、针孔少，纯度高，附着力强，可以在低温、低损伤的条件下实现高速沉积各种材料薄膜，已经成为当今真空镀膜中的一种成熟技术与工业化的生产方式。

磁控溅射技术在科学研究与各行业工业化生产中得到了迅速发展和广泛应用。

总之，磁控溅射技术就是利用电磁场来控制真空腔体内气体“异常辉光放电”中离子、电子的运动轨迹及分布状况的溅射镀膜的工艺过程。

2、产生磁控溅射的三个条件磁控气体放电进而引起溅射，必须满足三个必要而充分的条件：(1)第一，具有合适的放电气体压强P：直流或脉冲中频磁控放电，大约在0. 1 Pa~10Pa 左右)，典型值为5×10-1Pa;射频磁控放电大约在10-1~10-2Pa。

磁控溅射法原理
磁控溅射法是一种常用的薄膜制备技术，它通过利用磁场控制离子在真空中运动来实现材料离子化和沉积。

磁控溅射法的基本原理如下：首先，通过加热材料将其转化为蒸气或离子状态。

随后，通过在真空室中施加磁场，使得磁场力线和离子运动方向垂直，从而形成所谓的“磁镜效应”。

这种磁镜效应可以阻止离子撞击到溅射靶材表面，从而使溅射源中的原子以准平行的方式射出。

在磁控溅射过程中，靶材的离子化和溅射是基于靶材与离子的相互作用力。

当离子击中靶材表面时，一部分离子将被散射回真空室中，形成所谓的“背景气体”。

而另一部分离子则进一步穿透靶材表面，将表面的原子或分子击出，并沉积在底板上形成薄膜。

这种沉积过程可以得到均匀、致密、具有良好结晶性的薄膜。

磁控溅射法有许多优点，例如可以控制薄膜的成分、结构和性能；可以在各种材料上制备薄膜；具有较高的沉积速率和较好的沉积效率等。

因此，磁控溅射法被广泛应用于各种领域，如光学、电子、材料科学等。