磁控濺射法制備薄膜材料綜述

1、磁控濺射法制備薄膜材料綜述磁控濺射法制備薄膜材料綜述材料化學(xué)材料化學(xué)張召舉張召舉摘要薄膜材料的厚度是從納米級到微米級，具有尺寸效應(yīng)，在國防、通訊、航空、航天、電子工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，其有多種制造方法，目前使用較多的是濺射法，其中磁控濺射的應(yīng)用較為廣泛。本文主要介紹了磁控濺射法的原理、特點，以及制備過程中基片溫度、濺射功率、濺射氣壓和濺射時間等工藝條件對所制備薄膜性能的影響。關(guān)鍵字關(guān)鍵字磁控濺射；原理；工藝條件；影響正文正文薄膜是指尺

2、度在某個一維方向遠遠小于其他二維方向，厚度可從納米級到微米級的材料，由于薄膜的尺度效應(yīng)，它表現(xiàn)出與塊體材料不同的物理性質(zhì)，有廣泛應(yīng)用。薄膜的制備大致可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類。物理方法主要包括各種不同加熱方式的蒸發(fā)，濺射法等，化學(xué)方法則包括各種化學(xué)氣相沉積（CVD）、溶膠凝膠法（solgel）等。濺射沉積法由于速率快、均一性好、與基片附著力強、比較容易控制化學(xué)劑量比及膜厚等優(yōu)點，成為制備薄膜的重要手段。濺射法根據(jù)激發(fā)濺射離子和沉積薄

3、膜方式的不同又分直流濺射、離子濺射、射頻濺射和磁控濺射，目前多用后兩種。本文主要介紹磁控濺射制備薄膜材料的原理及影響因素。磁控濺射是70年代迅速發(fā)展起來的新型濺射技術(shù)，目前已在工業(yè)生產(chǎn)中實際應(yīng)用。這是由于磁控濺射的鍍膜速率與二極濺射相比提高了一個數(shù)量級。具有高速、低溫、低損傷等優(yōu)點。高速是指沉積速率快；低溫和低損傷是指基片的溫升低、對膜層的損傷小。1974年Chapin發(fā)明了適用于工業(yè)應(yīng)用的平面磁控濺射靶，對進人生產(chǎn)領(lǐng)域起了推動作用。磁

4、控濺射基本原理磁控濺射基本原理磁控濺射是20世紀70年代迅速發(fā)展起來的一種高速濺射技術(shù)。對許多材料，利用磁控濺射的方式濺射速率達到了電子術(shù)蒸發(fā)的水平，而且在濺射金屬時還可避免二次電子轟擊而使基板保持冷態(tài)，這對使用怕受溫度影響的材料作材。靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源鍍膜均勻，非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強。平衡靶源多用于半導(dǎo)體光學(xué)膜，非平衡多用于磨損裝飾膜。磁控陰極按照磁場位形分布不同，大致可分為平衡態(tài)和非平衡磁控陰極。平衡態(tài)磁控

5、陰極內(nèi)外磁鋼的磁通量大致相等，兩極磁力線閉合于靶面，很好地將電子等離子體約束在靶面附近，增加碰撞幾率，提高了離化效率，因而在較低的工作氣壓和電壓下就能起輝并維持輝光放電，靶材利用率相對較高，但由于電子沿磁力線運動主要閉合于靶面，基片區(qū)域所受離子轟擊較小.非平衡磁控濺射技術(shù)概念，即讓磁控陰極外磁極磁通大于內(nèi)磁極，兩極磁力線在靶面不完全閉合，部分磁力線可沿靶的邊緣延伸到基片區(qū)域，從而部分電子可以沿著磁力線擴展到基片，增加基片區(qū)域的等離子體密

6、度和氣體電離率.不管平衡非平衡，若磁鐵靜止，其磁場特性決定一般靶材利用率小于30%。為增大靶材利用率，可采用旋轉(zhuǎn)磁場。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，同時濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶。如半導(dǎo)體膜濺射。對于小型設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備，多用磁場靜止靶源。用磁控靶源濺射金屬和合金很容易，點火和濺射很方便。這是因為靶（陰極），等離子體，和被濺零件真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體如陶瓷則回路斷了。于是人們采用高頻電源，回路中加入很強的電容。這

7、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(shù)很復(fù)雜，因而難大規(guī)模采用。為解決此問題，發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。就是用金屬靶，加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮氣或氧氣。當(dāng)金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化，與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易而實際操作困難。主要問題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面，也發(fā)生在陽極，真空腔體表面，以及靶源表面。從而引起滅火，靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù)，很