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磁控溅射镀膜技术中,工艺参数对镀膜质量的影响非常大,涉及知识面广,变量多也是主要难题之一,本模块的内容呢就是每次分享一种工艺参数的学习心得,积少成多~本文介绍的是‘偏置电压’在镀膜过程中的影响.

基础知识

要分析衬底偏压对镀膜质量的影响,首先需要明白如下几点:

(1)衬底偏压是什么,加在哪里?

实质上很简单,衬底偏压就是在衬底(基板)表面附近加的一个偏执电压(通常使用负电压),电压相对于阴极阳极间的电压差来说较小(通常几十伏,几百伏).

(2)衬底偏压影响的是哪些变量?

这里首先要说一下沉积原子的运输过程,经过氩离子轰击以后,靶材溅射会出现两者情况,第一种就是溅射出靶材原子,这些原子直接在衬底表面沉积形成薄膜.

第二钟情况,氩离子的轰击会导致靶材原子电离(通常出来时正离子),这些电离出来的离子就是本文衬底偏压主要的作用对象.

原理概述

明确了偏置电压作用对象以后,我们可以进一步了解其作用原理.作用同样分为两方面:

(1)在偏压的作用下,溅射出来的离子获得动能,加速飞向衬底并对衬底进行轰击,此时,衬底表面结合不牢固的原子会被打掉,这样子会留下一些结合紧密,缺陷少的薄膜原子,提高成膜质量.除此之外,偏压还会吸引一部分氩离子,氩离子的轰击可以对衬底表面杂质产生一个清洁作用,同样对提高成膜质量是有好处的.

(2)沉积离子能量提高,根据笔者以前的文章可以知道,适当提高离子能量,对离子在衬底表面迁移等是有好处的,这里同理,离子能量提高,迁移率增加,并且可以打入衬底表面(不再单纯的吸附在衬底表层上),这样的好处就是薄膜的孔隙率减少,致密度提升,我们可以获得相对来说粗糙率更低的薄膜了.

适度的偏压提高可以提升薄膜质量和沉积速率,但是如果偏压过高,首先产生严重的反溅射现象,降低溅射速率,也会使薄膜内部产生缺陷.因此,适当的加入偏置电压有利于薄膜制备,具体电压大小需要根据材料等进行实验.