磁控溅射原理.doc

磁控溅射(ron Sputtering)原理
   磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中,氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后,沉积到元件表面形成所需膜层。
   磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹,使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动,因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。
 
   在电场的作用下,电子向基片运动,在运动过程中,电子与充入的气体原子相互碰撞,使得电离得到离子以及一个电子,新的电子同样在电场的作用下,向基片运动,而得到的离子在电场的加速作用下,高能量轰击靶材,溅射靶材料。溅射的粒子中,包括电子、离子以及中性粒子。其中溅射出的中性粒子,具有一定的能量,在基片上沉积,形成薄膜。其中溅射得到的电子也称为二次电子,二次电子受到电场和磁场的相互作用。而在阴极暗区,二次电子只受到电场的作用,在负辉区,二次电子只受到磁场作用。二次电子在靶材表面受到电场加速作用,然后以一定的速度进入负辉区,同时,二次电子的速度是垂直于磁场方向的,因此就受到洛伦兹力的作用,在向心力的作用下,做顺时针旋转运动。当旋转过半周后,二次电子由负辉区进入阴极暗区,在电场的作用下,做减速运动,直至降至零。然后,电子在电场的作用下,反响加速,再次进入负辉区,再次做圆周运动。二次电子在靶材表面螺旋前进,这样增加了电子的运动路径,使得二次电子被束缚在靶材表面,增加了与气体原子的碰撞几率,能够电离出更多的离子来轰击靶材,提高溅射速率。同时由于碰撞次数的增多,二次电子的能量降低,逐渐远离靶材表面,最终在电场的作用下,沉积到基片上,由于电子的能量很小,对基片的温度影响很小。
   磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率,而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态,这对单晶和塑料基板具有重要的意义。磁控溅射可用DC和RF放电工作,故能制备金属膜和介质膜。
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