磁控濺射設備

磁(ci)(ci)控濺射原(yuan)理：電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)在電(dian)(dian)(dian)場的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用下(xia)加(jia)速飛向基(ji)片的(de)過程中與氬(ya)原(yuan)子(zi)(zi)發(fa)生碰撞，電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)(li)出大量的(de)氬(ya)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)和(he)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)飛向基(ji)片。氬(ya)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)在電(dian)(dian)(dian)場的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用下(xia)加(jia)速轟擊靶材(cai)(cai)，濺射出大量的(de)靶材(cai)(cai)原(yuan)子(zi)(zi)，呈中性的(de)靶原(yuan)子(zi)(zi)（或分子(zi)(zi)）沉積在基(ji)片上成膜。二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)在加(jia)速飛向基(ji)片的(de)過程中受到磁(ci)(ci)場洛倫(lun)茲力的(de)影響，被束縛(fu)在靠近靶面的(de)等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)體區域內，該(gai)區域內等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)體密(mi)度很(hen)高，二(er)次(ci)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)在磁(ci)(ci)場的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用下(xia)圍繞靶面作(zuo)(zuo)(zuo)圓周運動，該(gai)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)的(de)運動路徑很(hen)長。

在運(yun)動過(guo)(guo)程中(zhong)不(bu)(bu)斷(duan)的(de)(de)(de)(de)與氬原(yuan)子(zi)發生碰撞電(dian)(dian)(dian)(dian)離出大量(liang)的(de)(de)(de)(de)氬離子(zi)轟擊靶(ba)材，經過(guo)(guo)多次碰撞后電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)能量(liang)逐漸降低，擺脫磁(ci)力線的(de)(de)(de)(de)束縛，遠離靶(ba)材，最終沉積在基片(pian)上。 磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)就是(shi)以磁(ci)場(chang)束縛和(he)延長電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)運(yun)動路徑(jing)，改變電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)運(yun)動方(fang)向(xiang)，提高(gao)工作氣(qi)體的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)離率和(he)有效利用電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)能量(liang)。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)(de)歸(gui)宿(su)(su)不(bu)(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)基片(pian)，真空(kong)室(shi)內壁及(ji)靶(ba)源(yuan)陽極也是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)歸(gui)宿(su)(su)。但一般基片(pian)與真空(kong)室(shi)及(ji)陽極在同一電(dian)(dian)(dian)(dian)勢。磁(ci)場(chang)與電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)互(hu)作用（ E X B drift）使單個電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)軌跡呈三(san)維螺旋(xuan)狀，而不(bu)(bu)是(shi)僅(jin)僅(jin)在靶(ba)面(mian)圓(yuan)周運(yun)動。至于靶(ba)面(mian)圓(yuan)周型的(de)(de)(de)(de)濺(jian)(jian)射(she)輪廓，那是(shi)靶(ba)源(yuan)磁(ci)場(chang)磁(ci)力線呈圓(yuan)周形狀分布。磁(ci)力線分布方(fang)向(xiang)不(bu)(bu)同會(hui)對(dui)成(cheng)膜(mo)有很大關系。 在E X B shift機理下(xia)工作的(de)(de)(de)(de)除磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)外，還有多弧(hu)鍍靶(ba)源(yuan)，離子(zi)源(yuan)，等離子(zi)源(yuan)等都(dou)在此原(yuan)理下(xia)工作。所不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)方(fang)向(xiang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)流大小等因素。

磁控濺射的(de)(de)基(ji)本原理是利用 Ar一(yi)O2混合氣體(ti)中的(de)(de)等離子(zi)體(ti)在電場和交變磁場的(de)(de)作用下(xia)，被加速的(de)(de)高能(neng)粒子(zi)轟(hong)擊靶材表面，能(neng)量交換后(hou)，靶材表面的(de)(de)原子(zi)脫(tuo)離原晶(jing)格而逸出，轉移到基(ji)體(ti)表面而成膜。

磁(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)射(she)的(de)特點是成膜(mo)(mo)速率高，基片溫度低，膜(mo)(mo)的(de)粘附(fu)性好，可(ke)實(shi)現(xian)大面積鍍膜(mo)(mo)。該技術可(ke)以分(fen)為直流(liu)磁(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)射(she)法和射(she)頻磁(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)射(she)法。

磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)(magnetron-sputtering)是70年(nian)代迅速(su)(su)(su)發展起來的(de)(de)一(yi)(yi)種“高速(su)(su)(su)低溫(wen)(wen)濺(jian)射(she)(she)技術(shu)”。磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)是在(zai)(zai)陰極(ji)靶的(de)(de)表面(mian)上(shang)方(fang)(fang)形(xing)成一(yi)(yi)個正交電(dian)磁場。當濺(jian)射(she)(she)產(chan)生的(de)(de)二次電(dian)子(zi)在(zai)(zai)陰極(ji)位降區內被(bei)(bei)加(jia)速(su)(su)(su)為高能(neng)(neng)電(dian)子(zi)后(hou)，并不(bu)直(zhi)接飛(fei)向陽(yang)(yang)極(ji)，而是在(zai)(zai)正交電(dian)磁場作用(yong)下作來回(hui)振蕩的(de)(de)近(jin)似擺線的(de)(de)運動。高能(neng)(neng)電(dian)子(zi)不(bu)斷與氣體分子(zi)發生碰撞并向后(hou)者轉移(yi)能(neng)(neng)量，使之電(dian)離而本身變成低能(neng)(neng)電(dian)子(zi)。這些低能(neng)(neng)電(dian)子(zi)最終(zhong)沿磁力線漂(piao)移(yi)到陰極(ji)附近(jin)的(de)(de)輔助陽(yang)(yang)極(ji)而被(bei)(bei)吸收，避(bi)免高能(neng)(neng)電(dian)子(zi)對(dui)極(ji)板的(de)(de)強烈轟擊(ji)，消除了二極(ji)濺(jian)射(she)(she)中(zhong)極(ji)板被(bei)(bei)轟擊(ji)加(jia)熱和被(bei)(bei)電(dian)子(zi)輻照引起的(de)(de)損傷(shang)，體現出磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)中(zhong)極(ji)板“低溫(wen)(wen)”的(de)(de)特(te)(te)點(dian)。由(you)于外加(jia)磁場的(de)(de)存在(zai)(zai)，電(dian)子(zi)的(de)(de)復雜運動增(zeng)加(jia)了電(dian)離率，實現了高速(su)(su)(su)濺(jian)射(she)(she)。磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)的(de)(de)技術(shu)特(te)(te)點(dian)是要在(zai)(zai)陰極(ji)靶面(mian)附件產(chan)生與電(dian)場方(fang)(fang)向垂直(zhi)的(de)(de)磁場，一(yi)(yi)般采用(yong)磁鐵實現。