交流濺射系統(tǒng)

1、用交流電源代替直流電源就構(gòu)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(shí)，轟擊靶面得正離子會(huì)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(chǎng)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(lái)濺射沉積絕緣介質(zhì)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(fù)性發(fā)生周期交替，當(dāng)濺射靶處于正半周時(shí)，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(fù)偏壓，導(dǎo)致在射頻電壓的負(fù)半周期時(shí)吸引正離子轟擊靶材，從而實(shí)現(xiàn)濺射。由于在靶上會(huì)形成負(fù)偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導(dǎo)體靶。在射頻濺射裝置中，等離子體中的電子容易在射頻場(chǎng)中吸收能量并在電場(chǎng)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(gòu)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(shí)，轟擊靶面得正離子會(huì)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(chǎng)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(lái)濺射沉積絕緣介質(zhì)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(fù)性發(fā)生周期交替，當(dāng)濺射靶處于正半周時(shí)，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(fù)偏壓，導(dǎo)致在射頻電壓的負(fù)半周期時(shí)吸引正離子轟

4、擊靶材，從而實(shí)現(xiàn)濺射。由于在靶上會(huì)形成負(fù)偏壓，所以射頻濺射裝置也可以濺射導(dǎo)體靶。在射頻濺射裝置中，等離子體中的電子容易在射頻場(chǎng)中吸收能量并在電場(chǎng)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(lái)維持低氣壓（約2.510－2Pa）的輝光放電。陰極安置在緊貼介質(zhì)靶材的后面，把高頻電壓加在靶子上，這樣，在一個(gè)周期內(nèi)正離子和電子可以交替地轟擊靶子，從而實(shí)

5、現(xiàn)濺射介質(zhì)材料（靶子）的目的。在射頻濺射的一個(gè)周期內(nèi)，由于每個(gè)電極將交替成為陰極和陽(yáng)極，對(duì)于一個(gè)具有兩個(gè)面積相等金屬電極的濺射系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，于是受到了等量離子流和電子流轟擊，亦即兩個(gè)電極都有一半的時(shí)間受到相同能量的離子流的轟擊，顯然這種結(jié)構(gòu)的射頻濺射系統(tǒng)難以沉積成薄膜。因此，解決問(wèn)題的方法是使兩個(gè)電極面積大小不等，即非對(duì)稱平板型結(jié)構(gòu)。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(dá)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(huì)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(jìn)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(guó)際上通用的射頻頻率為13.56MHz。舉例來(lái)說(shuō)，在制備TiAlN薄膜時(shí)，通入的工作氣體N2不但與沉積在工件上的膜層原子反應(yīng)形成化合物膜，同時(shí)還會(huì)與靶材（Ti靶、Al靶或復(fù)

7、合靶）反應(yīng)在靶面上形成化合物，產(chǎn)生“靶中毒”現(xiàn)象。此時(shí)，入射離子不是在對(duì)金屬靶材進(jìn)行濺射，而是在濺射不斷形成的表層化合物。因此，反應(yīng)濺射過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩種不同的濺射模式，即濺射速率相對(duì)較高的金屬模式和濺射速率相對(duì)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(dǎo)電性較差的化合物不僅會(huì)造成濺射速率及薄膜沉積速率的降低，還會(huì)引起濺射工況的變化以及薄膜結(jié)構(gòu)、成分的波動(dòng)。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(yáng)極消失陽(yáng)極消失從靶材濺射出來(lái)的物質(zhì)將會(huì)在陽(yáng)極表面沉積出相應(yīng)的化合物，阻塞電荷傳導(dǎo)的通路，造成電荷的不斷積累，最后導(dǎo)致陽(yáng)極作用的喪失。此時(shí)，放電體系的阻抗以及輝光等離子體的分布發(fā)生相應(yīng)變化，放電現(xiàn)象變得很不穩(wěn)定，濺射過(guò)程和所制備的薄膜性能發(fā)生波動(dòng)。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(guò)程中弧光放電大致可分為三種類型：極間放電：陽(yáng)極框上絕緣涂層與靶面的弧光放電：在陰極表面的“軌道