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磁控溅射系统的多种类型

2020-07-17 10:45:29

磁控溅射系统包括许多类型,每个都有不同的工作原理和应用对象。 但是,它们有一个共同点:磁场和电场之间的相互作用导致电子在目标表面附近盘旋,从而增加了电子撞击氩气产生离子的可能性。 产生的离子在电场的作用下撞击靶表面并溅射靶材料。

目标源分为平衡和不平衡类型。 平衡的靶源涂膜均匀,不平衡的靶源涂膜层与基材的结合力强。 平衡的目标光源主要用于半导体光学薄膜,不平衡的光源主要用于耐磨装饰膜。 根据磁场配置,磁控管阴极可大致分为平衡磁控管阴极和不平衡磁控管阴极。 平衡磁控管阴极内部和外部的电磁钢磁通量大致相等。 两极的磁力线在目标表面闭合,从而将电子/等离子体限制在目标表面附近,从而增加了碰撞的可能性并提高了电离效率。 它可以在压力和电压下点燃并维持辉光放电,目标利用率相对较高,但是由于电子沿着磁场线移动主要是封闭在目标表面上,因此基板区域的离子轰击较少。 不平衡磁控管溅射技术概念是使磁控管阴极的外磁极的磁通量大于内磁极的磁通量。 两极的磁力线在目标表面上没有完全闭合。 磁力线的一部分可以沿着目标的边缘延伸到基板的区域。 增加基板区域的等离子体密度和气体电离速率。 不论平衡与不平衡,如果磁体是静止的,其磁场特性决定了总体目标利用率小于30%。 为了提高目标利用率,可以使用旋转磁场。 但是旋转磁场需要旋转机构,同时降低了溅射速率。 旋转磁场主要用于大型或有价值的目标。 如半导体薄膜溅射。 对于小型设备和通用工业设备,经常使用多用途磁场固定目标源。

用磁控管靶源溅射金属和合金很容易,并且点火和溅射也很方便。 这是因为靶(阴极),等离子体和溅射部分/真空腔可以形成电路。 但是,如果使用溅射绝缘体(例如陶瓷),则电路会损坏。 因此人们使用高频电源,在环路中增加了一个坚固的电容器。 这样,目标就成为绝缘电路中的电容器。 但是,高频磁控管溅射电源价格昂贵,溅射率小,并且接地技术复杂,因此难以大规模采用。 为了解决这个问题,发明了磁控反应溅射。 使用金属靶,添加氩气和氮气或氧气等反应气体。 金属靶由于能量转换而与零件碰撞时,会与反应性气体结合形成氮化物或氧化物。 磁控反应溅射绝缘子似乎很容易,但实际操作却很困难。 主要问题是反应不仅发生在零件表面,而且发生在阳极,真空腔的表面和目标源的表面。 这将导致灭火,目标源和工件表面起弧。 德国莱比锡发明的双靶技术很好地解决了这个问题。 原理是一对目标源是彼此的阴极和阳极,从而消除了阳极表面的氧化或氮化。

磁控溅射系统


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