直流濺射法
直流濺射法要求靶材可以將從離子轟擊進程中得到的正電荷傳遞給與其嚴密接觸的陰,然后該方法只能濺射導體資料,不適于絕緣資料。因為轟擊絕緣靶材時,外表的離子電荷無法中和,這將導致靶面電位升高,外加電壓簡直都加在靶上,離子加快與電離的機會將變小,甚至不能電離,導致不能接連放電甚至放電中止,濺射中止。故關于絕緣靶材或導電性很差的非金屬靶材,須用射頻濺射法(RF)。
濺射進程中涉及到復雜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形成的勢壘(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附近的原子依次反復磕碰,發生磕碰級聯;當這種磕碰級聯抵達靶材外表時,如果接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。
為了解決陰濺射的缺陷,人們在20世紀70年代開發出了直流磁控濺射技術,它有效地克服了陰濺射速率低和電子使基片溫度升高的弱點,因此獲得了迅速發展和廣泛應用。
其原理是:在磁控濺射中,由于運動電子在磁場中受到洛侖茲力,它們的運動軌道會發生彎曲甚至發生螺旋運動,其運動途徑變長,因此增加了與工作氣體分子磕碰的次數,使等離子體密度大,然后磁控濺射速率得到很大的進步,并且可以在較低的濺射電壓和氣壓下工作,下降薄膜污染的傾向;另一方面也進步了入射到襯底外表的原子的能量,因此可以在很大程度上改進薄膜的質量。一起,通過多次磕碰而喪失能量的電子抵達陽時,已變成低能電子,然后不會使基片過熱。因此磁控濺射法具有“高速”、“低溫”的長處。該方法的缺點是不能制備絕緣體膜,并且磁控電中選用的不均勻磁場會使靶材發生明顯的不均勻刻蝕,導致靶材利用率低,一般僅為20-30。
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