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磁控溅射法具有设备简单、镀膜面积大、基面升温缓慢以及成本相对较低的特点,在科研领域得到了广泛的应用,本文以作者浅薄理解为基础,磁控溅射镀膜技术为例,从以下几个方面带读者进行一个初步了解图片.

1:涉及专业术语简介

2:磁控溅射法原理简介

3:微观分析磁控溅射法镀膜原理

专业术语

此处通俗介绍原理相关术语,方便后文理解.

靶材与衬底(基面): ’膜‘原子材料成为靶材;被’镀膜材料‘称为衬底,例如将铌镀在石英表面,此时‘铌靶’成为靶材;‘石英面’称为衬底.

工作气体:磁控镀膜需要在真空条件下进行的,此时设备内还应有工作气体,通常使用‘氩气’.原因会在后文讲解.

级联碰撞:级联碰撞发生在靶材上,简单来说就是高能量入射离子打在靶材上,使靶材内原子获得能量并会发生相互碰撞的现象.

磁控溅射法原理简介

此处对磁控溅射法原理进行简单描述,为了方便不需要详细了解的读者进行简要学习.

简单来说,磁控溅射法就是将靶材置于阴极,电子与工作气体碰撞会分解出正离子,在电场的作用下,正离子会轰击靶材表面,靶材内原子获得能量且因此发生级联碰撞,最终发生溅射现象,完成镀膜工作.

磁控溅射法镀膜微观原理介绍

图中可以看出存在e,e1, e2, e3四种电子,除此之外,还存在Ar和其分离出的Ar+离子 ;施加电场E,方向向下;靶材置于阴极.从微观分析的角度解释如下几个现象:

为什么会发生溅射现象?:电子e在电场E和磁场力共同作用下做摆动运动,运动途中会与工作气体Ar发生碰撞(摆动运动大大提高碰撞概率),当电子能量超过30eV时,会将Ar分离出Ar+,同时产生新的电子e1.Ar+离子会轰击置于阴极的靶材,Ar+的部分能量传递给靶材内的原子,靶材内原子发生级联碰撞,当原子聚集的能量超过原子间结合能时,靶材原子从表面溢出,产生溅射现象.

为什么磁控溅射法基面升温慢?:上文中讲到电子e碰撞后产生电子e1,随着电子e与工作气体的碰撞次数增加,产生的e1不仅距离靶材越来越远,而且e1的能量也会越来越低,此时e1能量降低而做e3那样沿着磁力线回转运动,导致e1的能量进一步降低,因此e1沉积到基面时能量已经非常低了,也因此基面的温度升高非常缓慢.

补充:上图e2这个电子比较有意思了,直接打在了基面上,按道理会有很大能量,导致基面快速升温,那为什么磁控溅射法基面升温很慢呢?

首先解释一下e2这个电子,它是比较特殊的一类,指的是位于磁场轴线处的电子,此处电场磁场相互平行,因此e2会直接打在基面上,但是在磁控溅射设备上,磁极轴线上离子密度很低,所以e2其实是非常少的,所以对基面温度影响也是非常有限的.