濺射

一、 濺射的基本內容：

1、定義：所謂濺射，就是這充滿腔室的工藝氣體在高電壓的作用下，形成氣體等離子體（輝光放電），其中的陽離子在電場力作用下高速向靶材沖擊，陽離子和靶材進行能量交換，使靶材原子獲得足夠的能量從靶材表面逸出（其中逸出的還可能包含靶材離子）。這一整個的動力學過程，就叫做濺射。

入射離子轟擊靶面時，將其部分能量傳輸給表層晶格原子，引起靶材中原子的運動。有的原子獲得能量后從晶格處移位，并克服了表面勢壘直接發生濺射；有的不能脫離晶格的束縛，只能在原位做振動并波及周圍原子，結果使靶的溫度升高；而有的原子獲得足夠大的能量后產生一次反沖，將其臨近的原子碰撞移位，反沖繼續下去產生高次反沖，這一過程稱為級聯碰撞。級聯碰撞的結果是部分原子達到表面，克服勢壘逸出，這就形成了級聯濺射，這就是濺射機理。當級聯碰撞范圍內反沖原子密度不高時，動態反沖原子彼此間的碰撞可以忽略，這就是線性級聯碰撞

2、濺射的四要素：

①：靶材物質

②：電磁場

③：底物

④：一整套完整配備的鍍膜設備

3、濺射收益：

3.1、離子每一次撞擊靶材時，靶材所釋放出的靶材原子。

3.2、影響濺射收益的因素：

①：等離子體中離子動能

②：入射離子的入射角度

3.3、*大濺射收益的決定因素：

①：入射角度在45°-50°左右

②：取決于靶材物質

3.4、入射角度的影響因素

①：由電場決定

②：靶材表面于入射源的相對角度

4、濺射率：

4.1、定義：每單位時間內靶材物質所釋放出的原子個數

4.2、濺射率的影響因素

①：離子動能（取決于電源電壓和氣體壓力）

②：等離子密度（取決于氣體壓力和電流）

4.3、統計學公式：Rs(統計學)=d/t。

注：濺射原子溢出角度大部分在0~10度之間，因此在腔室內所有區域都可能被鍍上一層膜，久之會產生污染。所以真空濺射腔室內必須進行定期清潔。

二、 濺射種類：

1、反應濺射：氧化物，氮化物作為沉積物質

現象：①：靶材分子分裂，其于工藝氣體離子發生反應，形成化合物

②：膜層性能改變

③：靶材有可能中毒

2、二極濺射（見下圖）：二極濺射是一種經典的標準濺射技術，其中等離子體和電子均只沿著電場方向運動。

特征：①：無磁場

②：濺射率低

③：放電電壓高（＞500V）

④：鍍膜底物受熱溫度極易升高（＞500°C）

用途：主要用于金屬靶材、絕緣靶材、磁性靶材等的濺射鍍。

3、磁控濺射（見下圖）：暗區無等離子體產生，在磁控濺射下，電子呈螺旋形運動，不會直接沖向陽極。而是在電場力和磁場力的綜合作用在腔室內做螺旋運動。同時獲的能量而和工藝氣體以及濺射出的靶材原子進行能量交換，使氣體及靶材原子離子化，大大提高氣體等離子體密度，從而提高了濺射速率（可提高10—20倍）和濺射均勻性。

4、二極濺射與磁控濺射對比：

4.1：靶材利用率（TU）：是指發生濺射的靶材質量占原靶材質量的比率。

公式表示：靶材利用率={原靶材質量（Kg）—濺射后靶材質量}/原靶材質量

靶材利用率對比見下表：

注：①：磁控濺射靶材利用率稍低，電壓要求低，電流會高，濺射率提高，增加生產效率，降低成本。

②：靶材使用壽命結素之前必須及時更換新靶材，防止靶材周圍物質發生濺射（金屬箔片、連接片、陰極）

4.2、兩種濺射技術的區別：

①：靶材利用率不同

②：濺射腔室和陰極設計要求不同

③：放電電流和放電電壓不同（見下表）

④：濺射率不同：磁控濺射有更短的沉積時間，更高的沉積量和更短沉積周期。

以下引自書籍：

《真空濺射技術》

2 所謂“濺射”就是用荷能粒子（通常用氣體正離子）轟擊物體，從而引起物體表面原子從母體中逸出的現象。

2 1842年Grove（格洛夫）在實驗室中發現了這種現象。

2 1877年美國貝爾實驗室及西屋電氣公司首先開始應用濺射原理制備薄膜。

2 1966年美國國際商用電子計算機公司應用高頻濺射技術制成了絕緣膜。

2 1970年磁控濺射技術及其裝置出現，它以“高速”、“低溫”兩大特點使薄膜工藝發生了深刻變化，不但滿足薄膜工藝越來越復雜的要求，而且促進了新工藝的發展。

2 我國在1980年前后，許多單位競先發展磁控濺射技術。目前在磁控濺射裝置和相應的薄膜工藝研究上也已出現了工業性生產的局面。