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磁控濺射是物理氣相沉積的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等多材料，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而上世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的磁控濺射法更是實(shí)現(xiàn)了高速、低溫、低損傷。因?yàn)槭窃诘蜌鈮合逻M(jìn)行高速濺射，必須有效地提高氣體的離化率。磁控濺射通過(guò)在靶陰極表面引入磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的約束來(lái)提高等離子體密度以增加濺射率。

 

二、基本概念

濺射：用荷能粒子轟擊固體表面時(shí)，固體表面原子受到荷能粒子碰撞，有可能獲得足夠的能量和動(dòng)量，并從表面逸出的現(xiàn)象。

 

濺射鍍膜：用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來(lái)并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術(shù)。

 

氣體放電：氣體通常不導(dǎo)電，但是當(dāng)氣體壓強(qiáng)較低時(shí)，則很容易被電場(chǎng)擊穿而導(dǎo)電，這種氣體被擊穿而導(dǎo)電的現(xiàn)象稱(chēng)為氣體放電。低壓氣體放電分為輝光放電和弧光放電，在濺射鍍膜中，能量粒子是通過(guò)輝光放電產(chǎn)生的。

 

等離子體：當(dāng)提高氣體溫度，使氣體分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與其電離能可比時(shí)，粒子之間通過(guò)碰撞就可以產(chǎn)生大量的電離過(guò)程，使得原來(lái)由分子或原子組成的中性氣體變成由帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，可能還有一些中性的原子和分子所組成的物質(zhì)狀態(tài)，這就是等離子體態(tài)。等離子體可以通過(guò)輝光放電和電弧放電產(chǎn)生。

 

三、基本原理

基體和靶材正對(duì)，基體接地，靶接負(fù)電壓，即基體相對(duì)于靶材為正電位，所以電場(chǎng)方向由基體指向靶。用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的永磁體設(shè)置在靶材背面，磁力線(xiàn)從永磁體的N極指向S極，并與陰極靶面構(gòu)成封閉空間。靶材和磁鐵由冷卻水冷卻。

 

當(dāng)真空室抽真空到壓強(qiáng)低于10-3Pa時(shí)，向真空室充人Ar氣至0.1~1 Pa，然后在陰陽(yáng)兩極施加電壓，當(dāng)電壓值合適時(shí)(通常為300~700V左右)，氣體發(fā)生輝光放電，形成氬等離子體。氫等離子體中Ar+在電場(chǎng)力作用下向陰極靶材移動(dòng)，穿過(guò)陰極暗區(qū)時(shí)得到加速，轟擊靶材，濺射出靶材原子和二次電子。

 

輝光放電時(shí)，電位降主要降在陰極暗區(qū)，而陰極暗區(qū)就在陰極附近。靶表面分布著磁場(chǎng)，任一點(diǎn)的磁場(chǎng)都可以分解成平行于和垂直于電場(chǎng)兩個(gè)方向，靶表面發(fā)射輝光放電時(shí)，電位降主要降在陰極暗區(qū)，而陰極暗區(qū)就在陰極附近。靶表面分布著磁場(chǎng)，任一點(diǎn)的磁場(chǎng)都可以分解成平行于和垂直于電場(chǎng)兩個(gè)方向，靶表面發(fā)射束，向基體遷徙，最后在基體表面沉積形成薄膜。