磁控濺射設備的作業原理是指電子在電場E的效果下,在飛向基片進程中與氬原子發生磕碰,使其電離發生出Ar正離子和新的電子;新電子飛向基片,Ar離子在電場效果下加速飛向陰極靶,并以高能量炮擊靶外表,使靶材發生濺射。在濺射粒子中,中性的靶原子或分子沉積在基片上構成薄膜,而發生的二次電子會遭到電場和磁場效果,發生E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移,簡稱E×B漂移,其運動軌道近似于磁控濺射。
用磁控靶源濺射金屬和合金很簡單,焚燒和濺射很便利。這是因為靶(陰極),等離子體和被濺零件/真空腔體可構成回路。但若濺射絕緣體(如陶瓷),則回路斷了。于是人們選用高頻電源,回路中參加很強的電容,這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。但高頻磁控濺射電源昂貴,濺射速率很小,同時接地技術很雜亂,因而難大規模選用。為處理此問題,創造了磁控反響濺射。便是用金屬靶,參加氬氣和反響氣體如氮氣或氧氣。當金屬靶材撞向零件時因為能量轉化,與反響氣體化合生成氮化物或氧化物。
磁控反響濺射絕緣體看似簡單,而實際操作困難。主要問題是反響不光發生在零件外表,也發生在陽極,真空腔體外表以及靶源外表,然后引起救活,靶源和工件外表起弧等。德國萊寶創造的孿生靶源技術,很好的處理了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極,然后消除陽極外表氧化或氮化。濺射進程中涉及到雜亂的散射進程和多種能量傳遞進程:入射粒子與靶材原子發生彈性磕碰,入射粒子的一部分動能會傳給靶材原子;某些靶材原子的動能超過由其周圍存在的其它原子所構成的勢壘(關于金屬是5-10 eV),然后從晶格點陣中被磕碰出來,發生離位原子;這些離位原子進一步和鄰近的原子依次重復磕碰,發生磕碰級聯;當這種磕碰級聯抵達靶材外表時,如果靠近靶材外表的原子的動能大于外表結合能(關于金屬是1-6eV),這些原子就會從靶材外表脫離然后進入真空。
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