交流濺射系統(tǒng)

1、用交流電源代替直流電源就構成了交流濺射系統(tǒng)，由于常用的交流電源的頻率在射頻段，如13.56MHz，所以稱為射頻濺射。在直流射頻裝置中如果使用絕緣材料靶時，轟擊靶面得正離子會在靶面上累積，使其帶正電，靶電位從而上升，使得電極間的電場逐漸變小，直至輝光放電熄滅和濺射停止。所以直流濺射裝置不能用來濺射沉積絕緣介質薄膜。為了濺射沉積絕緣材料，人們將直流電源換成交流電源。由于交流電源的正負性發(fā)生周期交替，當濺射靶處于正半周時，電子流向靶面，中和其

2、表面積累的正電荷，并且積累電子，使其表面呈現(xiàn)負偏壓，導致在射頻電壓的負半周期時吸引正離子轟擊靶材，從而實現(xiàn)濺射。由于在靶上會形成負偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導體靶。在射頻濺射裝置中，等離子體中的電子容易在射頻場中吸收能量并在電場內(nèi)振蕩，因此，電子與工作氣體分子碰撞并使之電離產(chǎn)生離子的概率變大，故使得擊穿電壓、放電電壓及工作氣壓顯著降低。用交流電源代替直流電源就構成了交流濺射系統(tǒng)，由于常用的交流電源的頻率在射頻段，如13.56MHz

3、MHz，所以稱為射頻濺射。在直流射頻裝置中如果使用絕緣材料靶時，轟擊靶面得正離子會在靶面上累積，使其帶正電，靶電位從而上升，使得電極間的電場逐漸變小，直至輝光放電熄滅和濺射停止。所以直流濺射裝置不能用來濺射沉積絕緣介質薄膜。為了濺射沉積絕緣材料，人們將直流電源換成交流電源。由于交流電源的正負性發(fā)生周期交替，當濺射靶處于正半周時，電子流向靶面，中和其表面積累的正電荷，并且積累電子，使其表面呈現(xiàn)負偏壓，導致在射頻電壓的負半周期時吸引正離子轟

4、擊靶材，從而實現(xiàn)濺射。由于在靶上會形成負偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導體靶。在射頻濺射裝置中，等離子體中的電子容易在射頻場中吸收能量并在電場內(nèi)振蕩，因此，電子與工作氣體分子碰撞并使之電離產(chǎn)生離子的概率變大，故使得擊穿電壓、放電電壓及工作氣壓顯著降低。射頻濺射裝置是利用高頻電磁輻射來維持低氣壓（約2.510－2Pa）的輝光放電。陰極安置在緊貼介質靶材的后面，把高頻電壓加在靶子上，這樣，在一個周期內(nèi)正離子和電子可以交替地轟擊靶子，從而實

5、現(xiàn)濺射介質材料（靶子）的目的。在射頻濺射的一個周期內(nèi)，由于每個電極將交替成為陰極和陽極，對于一個具有兩個面積相等金屬電極的濺射系統(tǒng)來說，于是受到了等量離子流和電子流轟擊，亦即兩個電極都有一半的時間受到相同能量的離子流的轟擊，顯然這種結構的射頻濺射系統(tǒng)難以沉積成薄膜。因此，解決問題的方法是使兩個電極面積大小不等，即非對稱平板型結構。把射頻電源接在小電極上，而將大電極和屏蔽罩等相連后接地作為另一電極。這樣在小電極處產(chǎn)生的暗區(qū)電壓降比大電極半

6、暗區(qū)壓降要大得多。由于暗區(qū)壓降的大小決定轟擊電極的離子能量，如果大電極面積達到足以使流向它的離子能量小于撮射閾能，則在大電極上就不會發(fā)生濺射。因而只要用小電極作為靶，而將基片或工件放置在大電極上，就可以進行射頻濺射鍍膜了。通常射頻濺射使用的頻率為10～30MHz，目前國際上通用的射頻頻率為13.56MHz。舉例來說，在制備TiAlN薄膜時，通入的工作氣體N2不但與沉積在工件上的膜層原子反應形成化合物膜，同時還會與靶材（Ti靶、Al靶或復

7、合靶）反應在靶面上形成化合物，產(chǎn)生“靶中毒”現(xiàn)象。此時，入射離子不是在對金屬靶材進行濺射，而是在濺射不斷形成的表層化合物。因此，反應濺射過程中會出現(xiàn)兩種不同的濺射模式，即濺射速率相對較高的金屬模式和濺射速率相對很低的化合物模式。靶材形成化合物層造成濺射模式發(fā)生上述變化的現(xiàn)象，即稱為靶材的中毒。在金屬靶面形成的導電性較差的化合物不僅會造成濺射速率及薄膜沉積速率的降低，還會引起濺射工況的變化以及薄膜結構、成分的波動。因此，在上例中確定最優(yōu)的

8、N2分壓值也就顯得十分重要。2陽極消失陽極消失從靶材濺射出來的物質將會在陽極表面沉積出相應的化合物，阻塞電荷傳導的通路，造成電荷的不斷積累，最后導致陽極作用的喪失。此時，放電體系的阻抗以及輝光等離子體的分布發(fā)生相應變化，放電現(xiàn)象變得很不穩(wěn)定，濺射過程和所制備的薄膜性能發(fā)生波動。3靶面和電極間打火（弧光放電）靶面和電極間打火（弧光放電）磁控濺射過程中弧光放電大致可分為三種類型：極間放電：陽極框上絕緣涂層與靶面的弧光放電：在陰極表面的“軌道