磁控濺射設備

磁控濺(jian)射原(yuan)理：電(dian)子(zi)(zi)(zi)在電(dian)場(chang)的(de)作用下加速(su)(su)飛(fei)向基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)過程中與氬(ya)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)發生碰(peng)撞，電(dian)離(li)(li)(li)出(chu)大量(liang)(liang)的(de)氬(ya)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)和電(dian)子(zi)(zi)(zi)，電(dian)子(zi)(zi)(zi)飛(fei)向基(ji)片(pian)(pian)(pian)。氬(ya)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在電(dian)場(chang)的(de)作用下加速(su)(su)轟擊靶(ba)(ba)材(cai)，濺(jian)射出(chu)大量(liang)(liang)的(de)靶(ba)(ba)材(cai)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)，呈(cheng)中性的(de)靶(ba)(ba)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)（或分子(zi)(zi)(zi)）沉積(ji)在基(ji)片(pian)(pian)(pian)上成膜。二次(ci)電(dian)子(zi)(zi)(zi)在加速(su)(su)飛(fei)向基(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)過程中受到(dao)磁場(chang)洛倫茲力的(de)影響(xiang)，被(bei)束縛在靠近靶(ba)(ba)面的(de)等離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)體(ti)區域內(nei)，該(gai)區域內(nei)等離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)體(ti)密度很高，二次(ci)電(dian)子(zi)(zi)(zi)在磁場(chang)的(de)作用下圍繞(rao)靶(ba)(ba)面作圓周運動，該(gai)電(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)運動路徑很長。

在(zai)(zai)運(yun)動(dong)過程中不(bu)(bu)斷的(de)與氬(ya)原(yuan)子(zi)發生碰撞電(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)出(chu)大(da)量(liang)的(de)氬(ya)離(li)子(zi)轟擊靶(ba)(ba)(ba)材，經過多次碰撞后電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)能量(liang)逐(zhu)漸降低(di)，擺脫(tuo)磁(ci)(ci)力(li)線的(de)束(shu)縛，遠(yuan)離(li)靶(ba)(ba)(ba)材，最終沉積在(zai)(zai)基(ji)片上(shang)。 磁(ci)(ci)控(kong)濺(jian)射(she)就是以磁(ci)(ci)場(chang)束(shu)縛和延長(chang)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)運(yun)動(dong)路徑，改變(bian)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)運(yun)動(dong)方向(xiang)，提(ti)高工作(zuo)氣體(ti)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)率和有效利用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)能量(liang)。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)歸(gui)宿不(bu)(bu)僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是基(ji)片，真空(kong)室(shi)內壁及(ji)靶(ba)(ba)(ba)源(yuan)(yuan)陽極(ji)也是電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)歸(gui)宿。但一(yi)般基(ji)片與真空(kong)室(shi)及(ji)陽極(ji)在(zai)(zai)同(tong)(tong)一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)勢。磁(ci)(ci)場(chang)與電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)的(de)交互作(zuo)用(yong)（ E X B drift）使單個電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)軌跡呈三維螺旋狀(zhuang)(zhuang)，而不(bu)(bu)是僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)在(zai)(zai)靶(ba)(ba)(ba)面(mian)圓周(zhou)運(yun)動(dong)。至(zhi)于(yu)靶(ba)(ba)(ba)面(mian)圓周(zhou)型的(de)濺(jian)射(she)輪廓(kuo)，那是靶(ba)(ba)(ba)源(yuan)(yuan)磁(ci)(ci)場(chang)磁(ci)(ci)力(li)線呈圓周(zhou)形狀(zhuang)(zhuang)分布(bu)。磁(ci)(ci)力(li)線分布(bu)方向(xiang)不(bu)(bu)同(tong)(tong)會對成膜有很大(da)關系。 在(zai)(zai)E X B shift機理下工作(zuo)的(de)除磁(ci)(ci)控(kong)濺(jian)射(she)外，還有多弧鍍靶(ba)(ba)(ba)源(yuan)(yuan)，離(li)子(zi)源(yuan)(yuan)，等(deng)離(li)子(zi)源(yuan)(yuan)等(deng)都在(zai)(zai)此(ci)原(yuan)理下工作(zuo)。所不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)是電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)方向(xiang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)流大(da)小(xiao)等(deng)因素。

磁控濺射的基本原理是利(li)用(yong) Ar一(yi)O2混(hun)合氣體(ti)中(zhong)的等離(li)子(zi)體(ti)在(zai)電場和(he)交變磁場的作用(yong)下(xia)，被加速的高能粒(li)子(zi)轟(hong)擊(ji)靶(ba)材(cai)表(biao)面，能量交換后(hou)，靶(ba)材(cai)表(biao)面的原子(zi)脫離(li)原晶格而逸出(chu)，轉(zhuan)移到基體(ti)表(biao)面而成膜。

磁控(kong)濺(jian)射(she)的特點(dian)是(shi)成膜(mo)(mo)速率高，基片(pian)溫度(du)低，膜(mo)(mo)的粘附性好，可實(shi)現(xian)大面積鍍膜(mo)(mo)。該(gai)技術(shu)可以分為直(zhi)流磁控(kong)濺(jian)射(she)法和射(she)頻磁控(kong)濺(jian)射(she)法。

磁(ci)(ci)(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)(magnetron-sputtering)是70年代(dai)迅速(su)發展起(qi)(qi)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種“高速(su)低溫(wen)濺射(she)(she)(she)(she)技術”。磁(ci)(ci)(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)是在陰(yin)極(ji)(ji)(ji)靶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)上方(fang)(fang)形成一(yi)個正交(jiao)(jiao)電磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)。當濺射(she)(she)(she)(she)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二次電子(zi)(zi)在陰(yin)極(ji)(ji)(ji)位(wei)降(jiang)區(qu)內被(bei)(bei)加(jia)速(su)為高能(neng)電子(zi)(zi)后，并不直(zhi)接(jie)飛向陽極(ji)(ji)(ji)，而是在正交(jiao)(jiao)電磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)作用下作來回振(zhen)蕩的(de)(de)(de)(de)(de)(de)近(jin)似擺(bai)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運動。高能(neng)電子(zi)(zi)不斷與氣(qi)體(ti)(ti)分(fen)子(zi)(zi)發生碰撞并向后者轉移(yi)能(neng)量，使之電離(li)(li)而本身變成低能(neng)電子(zi)(zi)。這些低能(neng)電子(zi)(zi)最(zui)終沿磁(ci)(ci)(ci)力線漂移(yi)到陰(yin)極(ji)(ji)(ji)附近(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)輔(fu)助陽極(ji)(ji)(ji)而被(bei)(bei)吸收，避免高能(neng)電子(zi)(zi)對極(ji)(ji)(ji)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強烈(lie)轟(hong)擊(ji)(ji)，消(xiao)除了(le)(le)二極(ji)(ji)(ji)濺射(she)(she)(she)(she)中極(ji)(ji)(ji)板(ban)(ban)被(bei)(bei)轟(hong)擊(ji)(ji)加(jia)熱(re)和被(bei)(bei)電子(zi)(zi)輻照引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損傷，體(ti)(ti)現(xian)出(chu)磁(ci)(ci)(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)中極(ji)(ji)(ji)板(ban)(ban)“低溫(wen)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點。由于外加(jia)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在，電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復雜運動增(zeng)加(jia)了(le)(le)電離(li)(li)率，實現(xian)了(le)(le)高速(su)濺射(she)(she)(she)(she)。磁(ci)(ci)(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技術特點是要在陰(yin)極(ji)(ji)(ji)靶面(mian)附件(jian)產生與電場(chang)(chang)方(fang)(fang)向垂直(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)，一(yi)般采(cai)用磁(ci)(ci)(ci)鐵(tie)實現(xian)。