2022-06-04 08:37:43
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磁控溅射镀膜机应该怎样进行分类
磁控溅射镀膜机有很多种。各有其工作原理和应用对象。然而,有一个共同点:磁场和电场的相互作用使电子绕靶面旋转,从而增加了电子撞击氩产生离子的可能性。产生的离子在电场作用下与靶面发生碰撞,从而溅出靶材。磁控溅射薄膜厚度的均匀性是衡量薄膜形成性能的重要指标。因此,需要研究影响均匀性的因素,以便通过溅射获得更均匀的镀层。简单地说,溅射是在正交电磁场中,闭合磁场束缚电子在靶面上作螺旋运动。在运动过程中,工作气体不断受到冲击,大量氩离子被电离。在电场的作用下,氩离子加速靶材料的轰击,靶原子(或分子)被溅出并沉积在衬底上形成薄膜。因此,为了获得均匀的涂层,需要对靶原子(或分子)进行溅射,这就要求轰击靶的氩离子是均匀均匀的。由于氩离子在电场作用下加速了对靶的轰击,因此均匀轰击在某些程度取决于电场的均匀性。氩离子来自于工作气体氩,工作气体氩受到闭合磁场束缚的电子不断冲击,这就要求磁场和工作气体氩的均匀性。然而,在实际的磁控溅射装置中,这些因素并不均匀,因此需要研究它们的不均匀性对成膜均匀性的影响。
磁场不均匀性的影响
由于实际溅射装置中的电场和磁场并非处处均匀或正交,它们都是空间函数。三维运动方程的表达式是不可解的,至少没有初等函数的解。因此,磁场的不均匀性对离子的影响,即对成膜不均匀性的影响很难计算。较好的方法是配合实验分析。
气体非均质性的影响
一般情况下,造成煤气不均匀的原因有两种,一种是供气不均,另一种是抽气不均。
目标基距和气压的影响
靶基间距也是影响磁控溅射薄膜厚度均匀性的重要工艺参数。在某些范围内,薄膜厚度均匀性随靶材间距的增加而增加,溅射压力也是影响薄膜厚度均匀性的重要因素。但是,均匀性在较小范围内,因为增加靶基距所产生的均匀性是由于增加靶上某一点对应的衬底面积而引起的,而工作压力的增加则是由于粒子散射的增加。显然,这些因素只能在小范围内起作用。
目标源分为平衡型和非平衡型。平衡靶源涂层均匀,涂层与基体结合力强。平衡靶源主要用于半导体光学薄膜,而非平衡靶源主要用于耐磨装饰膜。根据磁场结构的分布,磁控管阴极可分为平衡态和非平衡态。
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量基本相同。两极磁场线靠近靶面,能较好地阻止靶面附近的电子/等离子体,增加碰撞几率,增加电离效率。因此,可以在较低的工作压力和电压下启动并保持辉光放电。靶材利用率较高非平衡磁控溅射技术的概念是磁控阴极外磁极的磁通量大于内磁极的磁通量,磁控阴极磁极的磁力线在靶面上没有全闭合,而有些磁力线会沿着靶材边缘延伸到基片区域,这样一些电子就可以沿着磁力线延伸到基片上,从而在平衡不平衡的情况下,增加衬底区的等离子体密度和气体电离率,其磁场特性决定了一般靶标的利用率小于30%。
为了增加靶材的利用率,可以采用旋转磁场。然而,旋转磁场需要旋转机制,应减小溅射速率。旋转磁场通常用于大型或较贵的目标。如半导体薄膜溅射。对于小型设备和一般工业设备,常采用静磁场靶源。用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射也很方便。
这是因为靶(阴极)、等离子体和飞溅部件/真空室可以形成回路。但是如果绝缘体被溅射,比如陶瓷,电路就断了。所以人们使用高频电源,在电路中增加了很强的电容。这样,目标就变成了绝缘电路中的电容器。但高频磁控溅射电源价格较贵,溅射速率很小,接地技术比较复杂,较难大规模使用。为了解决这个问题,磁控反应溅射技术应运而生。它使用金属靶,加入氩和反应气体,如氮或氧。
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