濺射

一、 濺射的基本內(nèi)容：

1、定義：所謂濺射，就是這充滿腔室的工藝氣體在高電壓的作用下，形成氣體等離子體（輝光放電），其中的陽離子在電場(chǎng)力作用下高速向靶材沖擊，陽離子和靶材進(jìn)行能量交換，使靶材原子獲得足夠的能量從靶材表面逸出（其中逸出的還可能包含靶材離子）。這一整個(gè)的動(dòng)力學(xué)過程，就叫做濺射。

入射離子轟擊靶面時(shí)，將其部分能量傳輸給表層晶格原子，引起靶材中原子的運(yùn)動(dòng)。有的原子獲得能量后從晶格處移位，并克服了表面勢(shì)壘直接發(fā)生濺射；有的不能脫離晶格的束縛，只能在原位做振動(dòng)并波及周圍原子，結(jié)果使靶的溫度升高；而有的原子獲得足夠大的能量后產(chǎn)生一次反沖，將其臨近的原子碰撞移位，反沖繼續(xù)下去產(chǎn)生高次反沖，這一過程稱為級(jí)聯(lián)碰撞。級(jí)聯(lián)碰撞的結(jié)果是部分原子達(dá)到表面，克服勢(shì)壘逸出，這就形成了級(jí)聯(lián)濺射，這就是濺射機(jī)理。當(dāng)級(jí)聯(lián)碰撞范圍內(nèi)反沖原子密度不高時(shí)，動(dòng)態(tài)反沖原子彼此間的碰撞可以忽略，這就是線性級(jí)聯(lián)碰撞

2、濺射的四要素：

①：靶材物質(zhì)

②：電磁場(chǎng)

③：底物

④：一整套完整配備的鍍膜設(shè)備

3、濺射收益：

3.1、離子每一次撞擊靶材時(shí)，靶材所釋放出的靶材原子。

3.2、影響濺射收益的因素：

①：等離子體中離子動(dòng)能

②：入射離子的入射角度

3.3、*大濺射收益的決定因素：

①：入射角度在45°-50°左右

②：取決于靶材物質(zhì)

3.4、入射角度的影響因素

①：由電場(chǎng)決定

②：靶材表面于入射源的相對(duì)角度

4、濺射率：

4.1、定義：每單位時(shí)間內(nèi)靶材物質(zhì)所釋放出的原子個(gè)數(shù)

4.2、濺射率的影響因素

①：離子動(dòng)能（取決于電源電壓和氣體壓力）

②：等離子密度（取決于氣體壓力和電流）

4.3、統(tǒng)計(jì)學(xué)公式：Rs(統(tǒng)計(jì)學(xué))=d/t。

注：濺射原子溢出角度大部分在0~10度之間，因此在腔室內(nèi)所有區(qū)域都可能被鍍上一層膜，久之會(huì)產(chǎn)生污染。所以真空濺射腔室內(nèi)必須進(jìn)行定期清潔。

二、 濺射種類：

1、反應(yīng)濺射：氧化物，氮化物作為沉積物質(zhì)

現(xiàn)象：①：靶材分子分裂，其于工藝氣體離子發(fā)生反應(yīng)，形成化合物

②：膜層性能改變

③：靶材有可能中毒

2、二極濺射（見下圖）：二極濺射是一種經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)濺射技術(shù)，其中等離子體和電子均只沿著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。

特征：①：無磁場(chǎng)

②：濺射率低

③：放電電壓高（＞500V）

④：鍍膜底物受熱溫度極易升高（＞500°C）

用途：主要用于金屬靶材、絕緣靶材、磁性靶材等的濺射鍍。

3、磁控濺射（見下圖）：暗區(qū)無等離子體產(chǎn)生，在磁控濺射下，電子呈螺旋形運(yùn)動(dòng)，不會(huì)直接沖向陽極。而是在電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的綜合作用在腔室內(nèi)做螺旋運(yùn)動(dòng)。同時(shí)獲的能量而和工藝氣體以及濺射出的靶材原子進(jìn)行能量交換，使氣體及靶材原子離子化，大大提高氣體等離子體密度，從而提高了濺射速率（可提高10—20倍）和濺射均勻性。

4、二極濺射與磁控濺射對(duì)比：

4.1：靶材利用率（TU）：是指發(fā)生濺射的靶材質(zhì)量占原靶材質(zhì)量的比率。

公式表示：靶材利用率={原靶材質(zhì)量（Kg）—濺射后靶材質(zhì)量}/原靶材質(zhì)量

靶材利用率對(duì)比見下表：

注：①：磁控濺射靶材利用率稍低，電壓要求低，電流會(huì)高，濺射率提高，增加生產(chǎn)效率，降低成本。

②：靶材使用壽命結(jié)素之前必須及時(shí)更換新靶材，防止靶材周圍物質(zhì)發(fā)生濺射（金屬箔片、連接片、陰極）

4.2、兩種濺射技術(shù)的區(qū)別：

①：靶材利用率不同

②：濺射腔室和陰極設(shè)計(jì)要求不同

③：放電電流和放電電壓不同（見下表）

④：濺射率不同：磁控濺射有更短的沉積時(shí)間，更高的沉積量和更短沉積周期。

以下引自書籍：

《真空濺射技術(shù)》

2 所謂“濺射”就是用荷能粒子（通常用氣體正離子）轟擊物體，從而引起物體表面原子從母體中逸出的現(xiàn)象。

2 1842年Grove（格洛夫）在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。

2 1877年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室及西屋電氣公司首先開始應(yīng)用濺射原理制備薄膜。

2 1966年美國國際商用電子計(jì)算機(jī)公司應(yīng)用高頻濺射技術(shù)制成了絕緣膜。

2 1970年磁控濺射技術(shù)及其裝置出現(xiàn)，它以“高速”、“低溫”兩大特點(diǎn)使薄膜工藝發(fā)生了深刻變化，不但滿足薄膜工藝越來越復(fù)雜的要求，而且促進(jìn)了新工藝的發(fā)展。

2 我國在1980年前后，許多單位競(jìng)先發(fā)展磁控濺射技術(shù)。目前在磁控濺射裝置和相應(yīng)的薄膜工藝研究上也已出現(xiàn)了工業(yè)性生產(chǎn)的局面。