磁控溅射靶材

磁控溅射技术的原理及应用1. 磁控溅射技术简介磁控溅射技术是一种常用的薄膜沉积技术，通过将金属靶材溅射生成粒子或原子，在表面形成均匀且致密的薄膜覆盖层。

磁控溅射技术具有高效、环保、可控厚度等特点，广泛应用于材料科学、半导体制造、光学镀膜等领域。

2. 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术基于电离溅射原理，通过磁场控制靶材离子的行为，使其垂直击打到靶材表面，从而产生溅射现象。

主要的原理包括以下几个方面：•靶材电离：在磁控溅射设备中，将靶材通电，使其产生离子。

电离的方式包括直流电离、射频电离等，通过电离可使靶材中的金属原子或粒子脱离束缚并形成等离子体。

•磁场控制：通过磁铁或电磁铁产生磁场，使得等离子体中的离子在磁场的作用下呈现螺旋轨道运动。

磁场对离子运动的控制可改变其飞行路径，使其垂直击打到靶材表面，并增加溅射效率。

•沉积膜形成：靶材表面被离子击打后，产生大量的金属原子或粒子，它们在靶材表面扩散并沉积形成均匀的薄膜。

溅射过程中的离子能量、离子束流密度等参数的调控可以影响薄膜的组成、结构和性能。

3. 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术具有广泛的应用领域和潜力，主要包括以下几个方面：3.1 材料科学•薄膜制备：磁控溅射技术可以制备各种材料的薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

这些薄膜具有良好的致密性和附着力，在材料科学领域中起着重要作用。

•合金制备：通过磁控溅射技术，可以将两种或多种材料溅射在一起，制备出各种复合材料或合金。

这些合金具有独特的力学、电磁等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

3.2 半导体制造•集成电路制备：磁控溅射技术可以制备半导体材料的薄膜，作为集成电路的关键材料。

薄膜的制备过程中可以调控其成分和结构，从而改变其电学、光学等性能，满足集成电路的需求。

•光罩制备：在半导体工艺中，磁控溅射技术还可以制备光罩。

光罩是半导体制造中的重要工艺设备，用于制作集成电路的图案，对半导体工艺的精度和稳定性要求非常高。

磁控反应溅射。

就是用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。

当金属靶材撞向零件时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。

若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。

为增大靶材利用率，可采用旋转磁场。

但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。

冷却水管。

旋转磁场多用于大型或贵重靶。

如半导体膜溅射。

用磁控靶源溅射金属和合金很容易，点火和溅射很方便。

这是因为靶（阴极），等离子体，和被溅零件/真空腔体可形成回路。

但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。

于是人们采用高频电源，回路中加入很强的电容。

这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。

但高频磁控溅射电源昂贵，溅射速率很小，同时接地技术很复杂，因而难大规模采用。

为解决此问题，发明了磁控溅射磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。

通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。

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 和新的电子；新电子飞向基片，Ar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，其运动轨迹近似于一条摆线。

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。

磁控溅射的靶功率密度计算磁控溅射技术是一种常用的薄膜制备技术，在材料科学和工程领域有着广泛的应用。

而磁控溅射的靶功率密度是一个重要的参数，它与溅射过程中的能量转化效率和薄膜质量密切相关。

本文将从理论和实践两个方面介绍磁控溅射的靶功率密度计算。

我们来看一下磁控溅射的基本原理。

磁控溅射是通过在真空腔中加入磁场，使得靶材表面的原子或分子被加速并射出。

溅射过程中，靶材表面的原子或分子会与气体分子碰撞，从而获得能量并沉积在基底材料上，形成薄膜。

在磁控溅射过程中，靶材的功率密度是一个重要的参数，它表示单位面积上靶材所释放的能量。

靶功率密度的计算需要考虑多个因素，包括靶材的电流密度、靶材的尺寸和形状、溅射过程中的电压和磁场等。

靶材的电流密度是指单位面积上的电流值，通常用单位为安培/平方米表示。

靶材的电流密度与靶功率密度之间存在着直接的关系，可以通过改变电流密度来控制靶功率密度的大小。

靶材的尺寸和形状也会对靶功率密度产生影响。

靶材的尺寸越大，其表面积就越大，从而可以释放更多的能量。

而靶材的形状也会影响能量的释放方式，例如柱状的靶材会产生更集中的能量释放，而平板状的靶材则会产生更均匀的能量释放。

溅射过程中的电压和磁场也是影响靶功率密度的重要因素。

电压的大小会直接影响靶材上的电流密度，从而影响靶功率密度的大小。

而磁场则会影响靶材上的离子轨迹，从而影响能量的传输和沉积。

在实际应用中，我们可以通过计算和实验来确定磁控溅射的靶功率密度。

计算方法通常基于靶材的电流密度和尺寸等参数，可以利用数值模拟方法来进行。

而实验方法则可以通过测量靶材表面的温度分布和薄膜的成分和结构等来确定靶功率密度。

磁控溅射的靶功率密度是一个重要而复杂的参数，它与溅射过程中的能量转化效率和薄膜质量密切相关。

通过合理地计算和实验，我们可以确定合适的靶功率密度，从而实现高质量的薄膜制备。

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。

磁控溅射的基本原理
磁控溅射是一种常用的物理沉积技术，它利用高速离子轰击靶材
表面，将靶材表面原子或分子剥离并喷出，然后沉积在基板表面，形
成薄膜。

磁控溅射的基本原理是在真空环境下，将靶材和基板分别放置在
两个相对的位置，然后在靶材上加入高频交流电，产生电子流和离子流。

通过施加外部磁场，可将电子和离子聚焦在靶材表面的局部区域，使其原子或分子被轰击出来，并沉积在基板表面，生成薄膜。

与其他物理沉积技术相比，磁控溅射具有以下优点：
1. 薄膜成分均匀，质量稳定且纯度高。

2. 可在较低的温度下进行，适用于较多种材料的沉积。

3. 由于直接沉积，薄膜与基板的附着力很强，不易脱落。

磁控溅射技术应用广泛，如制备硅薄膜、二氧化钛薄膜、氧化铝
薄膜等，同时也可用于金属及其合金、氧化物、氮化物等多种材料的
制备。

但是，磁控溅射也存在着一些问题，如高压功率耗电量大、靶材
利用率低、沉积速率较慢、薄膜厚度难于控制等问题，这些问题使得
磁控溅射在工业应用中仍存在一定的局限性。

因此，在实际应用中，需要根据不同需求选择合适的沉积技术，以达到最好的效果。

同时，磁控溅射技术的不断改进也将为其更广泛的应用提供更多可能性。

pvd磁控溅射靶结构
PVD（Physical Vapor Deposition）磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术。

在PVD磁控溅射过程中，通过在真空环境中加热靶材并施加外加磁场，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而击打到基底材料上，形成薄膜。

而溅射靶结构是指用于溅射的靶材的组成和特点。

一般来说，PVD磁控溅射靶结构主要包括靶材、靶材支撑和背板。

靶材是溅射过程中主要提供薄膜材料的源头，通常由金属或合金制成。

靶材支撑是支撑靶材的结构，可以保证靶材在溅射过程中的稳定性和位置准确度。

背板则是提供支撑及电流引入的基础。

在PVD磁控溅射过程中，通过在靶材上施加直流或脉冲电压，并在靶材周围施加外加磁场，使靶材表面的原子或分子被击打出来并沉积在基底材料上，形成所需的薄膜。

总体而言，PVD磁控溅射靶结构的设计和选择取决于所需薄膜材料的性质、溅射工艺参数以及应用要求等因素。

具体的靶结构可以根据具体需求进行优化和调整，以获得所需的薄膜性能。

磁控溅射靶材的根瘤的形成磁控溅射是由于各种各样的行业，如薄膜太阳能电池，半导体，光学，装饰涂料，耐磨和防腐蚀保护应用的高度重视的技术。

据观察，在过去，在某些情况下，当溅射金属或陶瓷材料，结节表面形成溅射赛马场附近地区（自动转存面积），有时甚至在赛马场区域目标（图1）。

他们通常拥有一个到岗，圆锥或金字塔形状。

结节往往沉积运行收益增长。

最终，他们可以覆盖超过30％的目标的表面区域。

形成结节会带来不同的效果，如溅射速率，溅射原子的角分布的变化，增强电弧放电过程中漂移和不稳定，这反过来缺陷的结果，并导致质量差溅射薄膜。

涂层系统已被关闭经常清洗目标表面结节和碎片。

这会导致非预期的停机时间和降低生产速度。

目标表面上形成结节，因此极不可取的。

尽管这是一个严重的工业问题，一般有什么结果结节的增长，这是很重要的工艺参数的理解缺乏，以及如何解决这个问题。

因此，这篇文章的目的是阐明根瘤的形成机制，对靶材的关键工艺参数和提供解决方案以及一些轻。

图1。

A）扫描电镜图像显示结节形态。

从Lippens等。

[4] B）ITO靶材的黑色结节（图像 - Gencoa有限公司提供）; C）在Si靶材结节（图像 - Faradox储能公司提供）。

根瘤的生长机制观察视锥细胞的离子轰击阴极的历史可以追溯到早在1942年[1]。

从那时起，这种现象一直受到学术界和工业界的科学家和工程师的兴趣。

韦纳锥的形成[2]进行了广泛的研究工作。

基于实验证据韦纳的结论，在溅射从另一个源提供的某些杂质原子或原子的极少量可以给离子轰击surfaces.The比种子诱导锥增长所需的主要原子可以上升到种子锥形成低至1 500人，分别为钼 - 铜的情况下证明。

有趣的是，它也表明，种子原子材料具有较低的溅射率，但必须表现出了较高的熔点。

存款锥也可以出现更大的通量是一个较低的熔点金属热的熔点较高的金属，它是离子轰击下存放。

在低离子轰击能量（<1keV，即典型的磁控溅射应用）高温（??的熔点）为种子锥现象发生的重要。

反应磁控溅射技术
反应磁控溅射技术是沉积化合物薄膜的主要方式之一。

它的工作原理是在真空条件下，以靶材为阴极，基底为阳极，Ar在高压作用下电离产生高能Ar+，Ar+在电场作用下高速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，在基底上沉积形成薄膜。

反应磁控溅射技术具有沉积温度低、沉积速度快、所沉积的薄膜均匀性好，成分接近靶材成分等众多优点，被广泛应用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料。

在实际应用中，为了沉积多元成分的化合物薄膜，可以使用化合物材料制作的靶材溅射沉积，也可以在溅射纯金属或合金靶材时，通入一定的反应气体，如氧气、氮气，反应沉积化合物薄膜，后者被称为反应溅射。

通常纯金属靶和反应气体较容易获得很高的纯度，因而反应溅射被广泛的应用沉积化合物薄膜。

2.2.1.溅射原理溅射法沉积薄膜是物理气相沉积的一种，它利用荷电的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向预溅射的靶电极，在入射离子能量合适的情况下，将靶表面的原子溅射出来。

这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现在衬底上沉积薄膜。

溅射有两条最基本的特点：一是由辉光放电提供的高能离子或中性原子碰撞靶材表面，将其动量传递给靶材；二是动量传递导致某些粒子从靶表面溅射出来。

离子轰击靶表面时除了会击出靶材原子外还会击出电子，即二次电子，这些电子在电场中加速后，与气体原子或分子碰撞，使其电离，从而使等离子体得以维持。

在溅射的过程中通入少量的活性气体，使它与溅射出的靶原子在衬底上反应形成化合物薄膜，称为反应溅射。

对于一般的溅射沉积方法具有两个缺点：第一，薄膜的沉积速率较低；第二，溅射所需的工作气压较高，如果工作气压低于1.3 Pa，电子的平均自由程太长，没有足够的离化碰撞，自持放电很难维持。

作为薄膜沉积的一种技术，自持放电最严重的缺陷是用于产生放电的惰性气体对所沉积薄膜构成的污染。

一般溅射的效率一般不高，为了提高溅射效率，就需要增加气体的离化效率。

因为溅射用于轰击靶材的离子来源于等离子体，提高溅射镀膜速率的关键在于如何提高等离子体的密度或电离度，以降低气体放电的阻抗从而在相同的放电功率下获得更大的电流，即获得更多的离子以轰击靶材。

提高等离子体的密度或电离度的关键在于如何充分利用电子的能量，使其最大限度地用于电离。

图2.1磁控溅射系统示意图在普通溅射系统的基础上增加一个发射电子的热阴极和一个辅助阳极，构成三极(或称四极)溅射系统。

由于热阴极发射电子的能力较强，因而放电气压可以维持在较低的水平上，这对于提高沉积速率、减少气体杂质污染都是有利的。

但是这种三极(或称四极)溅射的缺点是难以获得大面积且分布均匀的等离子体，且其提高薄膜沉积速率的能力有限，因而这一方法未获得广泛使用。