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交流直流区别符号,直流溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射有什么区别呢? <#21---->

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溅射(sputtering)是真空镀膜技术的一种,具体说是物理气相沉积(PVD)技术的一种,除了溅射外,物理气相沉积技术还包括热蒸发技术,分子束外延(MBE)和脉冲激光沉积(PLD)。

热蒸发和分子束外延差不多,都是让材料在真空中发生热蒸发,沉积在衬底上,有的人把这个过程比喻成“罐喷”,像涂鸦一样,把原子均匀地涂在衬底上。

“溅射”相当于是我们往“颜料池”里扔石头子儿,石头子儿把颜料“飞溅”起来,涂在衬底上。在“溅射”里,我们一般把惰性气体分子(实际上是惰性气体离子)当作“石头子儿”。为什么用惰性气体分子是因为惰性气体分子比较稳定,不容易污染靶和衬底。

脉冲激光沉积与“溅射”又不一样,它用的是高能激光脉冲照射在靶上,瞬间靶上一小块区域因吸收大量能量而爆射出大量靶粒子,从而沉积在对面的衬底上。“溅射”与脉冲激光沉积的物理过程都比较复杂。下面我们主要讨论溅射。

首先我们把腔体抽真空,并通入一定低气压的惰性气体(一般用氩气)。在腔体里我们会放靶材以及衬底,靶材是我们想向衬底镀的材料,比如我们想向衬底镀一层金膜,我们就用金做靶材。靶材接负电,衬底接地或接正电。

由于宇宙射线及天然放射性的存在,腔体中气体会有少量的电离,存在自由的电子,及阳离子。电子在电场作用下会往阳极跑,能量足够后会使氩原子处于激发态,这时候氩原子会发出辉光,电子继续往前跑,动能继续增大,氩原子会电离,

这是一个链式反应,一个电子进来,两个电子出去,这样原来越多的氩原子都电离了,氩离子带正电,会往阴极(靶)跑,氩离子撞在靶上,会溅出更多电子,这些电子会继续以上过程,这样越来越多的氩离子会撞击靶,把靶材中的中性原子也溅射出来了,这些中性原子会跑到对面的衬底上,从而在衬底上沉积出一层膜。

溅射对腔体内的气压要求比较严格,气压如果太低了,就不会有太多氩离子产生,但如果气压太高了,溅射出的中性原子就有可能在飞到衬底前就与其他粒子发生碰撞,因此理想的条件应该是尽量让靶材中的中性原子直接(弹道式的)飞到衬底上,同时带电的电子要尽可能引发尽可能多的氩离子去撞击靶材。

以上叙述的是直流溅射,直流溅射的效率是比较低的。为了提高效率,科学家们想到了一个巧妙的办法,就是在靶材下面放上磁铁,使得在靶材表面有平行于靶材的磁场存在,这样电子在顺着电力线往阳极跑的时候就会在磁场的作用下拐弯,飞出一个曲线来,这样就增加了与阴极附近惰性气体分子“碰撞”的几率,从而在低压下增加了撞向阴极氩离子的数目。这就是直流磁控溅射。

直流溅射还有一个缺点是只能镀金属膜,假设我们往衬底上镀绝缘膜的话,由于绝缘体不导电,阳极上积累的电子流不出去,导致阳极电势降低,使得溅射无法发生。解决问题的办法是使用高频交流电(一般使用13.56MHz),同时使用较小的靶,较大的衬底。

这相当于是两个电容串联,靶附近的电容小,衬底附近的电容大,或靶附近的电场大,衬底附近电场小,这种不对称性导致只有在靶充当阴极时,电子才能积累到足够大能量引发溅射,相反当靶充当阳极时,则不会引发溅射。即永远是靶上的中性原子被溅射到靶上去。这就是所谓射频磁控溅射(RF Sputtering)。