高質量磁控濺射技術

非平衡磁控濺射的磁場有邊緣強，也有中部強，導致濺射靶表面磁場的“非平衡”。磁控濺射靶的非平衡磁場不只有通過改變內外磁體的大小和強度的永磁體獲得，也有由兩組電磁線圈產生，或采用電磁線圈與永磁體混合結構，還有在陰極和基體之間增加附加的螺線管，用來改變陰極和基體之間的磁場，并以它來控制沉積過程中離子和原子的比例。非平衡磁控濺射系統(tǒng)有兩種結構，一種是其芯部磁場強度比外環(huán)高，磁力線沒有閉合，被引向真空室壁，基體表面的等離子體密度低，因此該方式很少被采用。另一種是外環(huán)磁場強度高于芯部磁場強度，磁力線沒有完全形成閉合回路，部分外環(huán)的磁力線延伸到基體表面，使得部分二次電子能夠沿著磁力線逃逸出靶材表面區(qū)域，同時再與中性粒子發(fā)生碰撞電離，等離子體不再被完全限制在靶材表面區(qū)域，而是能夠到達基體表面，進一步增加鍍膜區(qū)域的離子濃度，使襯底離子束流密度提高，通?？蛇_5mA/cm2以上。這樣濺射源同時又是轟擊基體表面的離子源，基體離子束流密度與靶材電流密度成正比，靶材電流密度提高，沉積速率提高，同時基體離子束流密度提高，對沉積膜層表面起到一定的轟擊作用。非平衡磁控濺射的磁場有邊緣強，也有中部強，導致濺射靶表面磁場的“非平衡”。高質量磁控濺射技術

真空磁控濺射的分類：平面磁控濺射：平衡平面濺射是較常用的平面靶磁控濺射，磁力線有閉合回路且與陰極平行，即在陰極表面構成一個正交的電磁場環(huán)形區(qū)域。等離子體被束縛在靶表面距離靶面大約60cm的區(qū)域，通常在基片上加負偏壓來改善膜與基體的結合能力；非平衡平面磁控濺射為了將等離子區(qū)域擴展，利用磁體擺放方式的調整，可以方便的獲得不同的非平衡磁控源。圓柱磁控濺射沉積技術：利用圓柱形磁控陰極實現(xiàn)濺射的技術磁控源是關鍵部分，陰極在中心位置的叫磁控源；陽極在中心位置的叫反磁控源。北京金屬磁控濺射用處電離原子更容易與薄膜工藝中涉及的其他粒子相互作用，因此更有可能在基底上沉積。

反應磁控濺射：以金屬、合金、低價金屬化合物或半導體材料作為靶陰極，在濺射過程中或在基片表面沉積成膜過程中與氣體粒子反應生成化合物薄膜，這就是反應磁控濺射。反應磁控濺射普遍應用于化合物薄膜的大批量生產，這是因為：(1)反應磁控濺射所用的靶材料和反應氣體純度很高，因而有利于制備高純度的化合物薄膜。(2)通過調節(jié)反應磁控濺射中的工藝參數(shù),可以制備化學配比或非化學配比的化合物薄膜，通過調節(jié)薄膜的組成來調控薄膜特性。(3)反應磁控濺射沉積過程中基板升溫較小，而且制膜過程中通常也不要求對基板進行高溫加熱，因此對基板材料的限制較少。

高速率磁控濺射本質特點是產生大量的濺射粒子，導致較高的沉積速率。實驗表明在較大的靶源密度在高速濺射，靶的濺射和局部蒸發(fā)同時發(fā)生，兩種過程的結合保證了較大的沉積速率（幾μm/min）并導致薄膜的結構發(fā)生變化。與通常的磁控濺射比較，高速濺射和自濺射的特點在于較高的靶功率密度Wt=Pd/S>50Wcm-2，（Pd為磁控靶功率，S為靶表面積）。高速濺射有一定的限制，因此在特殊的環(huán)境才能保持高速濺射，如足夠高的靶源密度，靶材足夠的產額和濺射氣體壓力，并且要獲得較大氣體的離化率。較大限制高速沉積薄膜的是濺射靶的冷卻。磁控濺射具有設備簡單、易于控制、涂覆面積大、附著力強等優(yōu)點。

脈沖磁控濺射的工作原理：脈沖磁控濺射是采用矩形波電壓的脈沖電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流電源進行磁控濺射沉積。脈沖濺射可以有效地抑制電弧產生進而消除由此產生的薄膜缺陷，同時可以提高濺射沉積速率，降低沉積溫度等一系列明顯的優(yōu)點，是濺射絕緣材料沉積的優(yōu)先選擇工藝過程。在一個周期內存在正電壓和負電壓兩個階段，在負電壓段，電源工作于靶材的濺射，正電壓段，引入電子中和靶面累積的正電荷，并使表面清潔，裸露出金屬表面。加在靶材上的脈沖電壓與一般磁控濺射相同!為400~500V,電源頻率在10~350KHz，在保證穩(wěn)定放電的前提下，應盡可能取較低的頻率#由于等離子體中的電子相對離子具有更高的能動性，因此正電壓值只需要是負電壓的10%~20%，就可以有效中和靶表面累積的正電荷。占空比的選擇在保證濺射時靶表面累積的電荷能在正電壓階段被完全中和的前提下，盡可能提高占空，以實現(xiàn)電源的較大效率。直流濺射方法用于被濺射材料為導電材料的濺射和反應濺射鍍膜中，其工藝設備簡單，有較高的濺射速率。四川射頻磁控濺射步驟

磁控濺射的優(yōu)點：基板低溫性。高質量磁控濺射技術

磁控濺射的基本原理是利用Ar一O2混合氣體中的等離子體在電場和交變磁場的作用下，被加速的高能粒子轟擊靶材表面，能量交換后，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，轉移到基體表面而成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現(xiàn)大面積鍍膜。該技術可以分為直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法。磁控濺射設備一般根據(jù)所采用的電源的不同又可分為直流濺射和射頻濺射兩種。直流磁控濺射的特點是在陽極基片和陰極靶之間加一個直流電壓，陽離子在電場的作用下轟擊靶材，它的濺射速率一般都比較大。但是直流濺射一般只能用于金屬靶材，因為如果是絕緣體靶材，則由于陽粒子在靶表面積累，造成所謂的“靶中毒”，濺射率越來越低。高質量磁控濺射技術

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