第五章離子濺射鍍膜法

第五章、離子濺射鍍膜第一節(jié)

濺射的定義用帶有幾百電子伏特以上動(dòng)能的粒子或粒子束轟擊固體表面，使靠近固體表面的原子獲得入射粒子所帶能量的一部分而脫離固體進(jìn)入到真空中，這種現(xiàn)象稱為濺射。一、等離子體和輝光放電濺射一般是在輝光放電過程中產(chǎn)生的，輝光放電是濺射技術(shù)的基礎(chǔ)。輝光放電：真空度為10-1~10-2Torr，兩電極間加高壓，產(chǎn)生輝光放電。電流電壓之間不是線性關(guān)系，不服從歐姆定律。直流輝光放電伏安特性曲線A-B:電流小，主要是游離狀態(tài)的電子，離子導(dǎo)電；電子－原子碰撞為彈性碰撞；B-C:增加電壓，粒子能量增加，達(dá)到電離所需能量；碰撞產(chǎn)生更多的帶電粒子；電源的輸出阻抗限制電壓(類似穩(wěn)壓源)。暗光放電湯遜放電過渡區(qū)正常放電弧光放電非自持放電C-D:起輝（雪崩）；離子轟擊產(chǎn)生二次電子，電流迅速增大，極板間壓降突然減小(極板間電阻減小從而使分壓下降)；D-E:電流與極板形狀、面積、氣體種類相關(guān)，與電壓無關(guān)；隨電流增大，離子轟擊區(qū)域增大；極板間電壓幾乎不變；可在較低電壓下維持放電；E-F:異常輝光放電區(qū)；電流隨電壓增大而增大；電壓與電流、氣體壓強(qiáng)相關(guān)（可控制區(qū)域，濺射區(qū)域）；F-G:弧光放電過渡區(qū)；擊穿或短路放電；自持放電特性正常輝光放電異常輝光放電陰極位降大小和電流無關(guān)和氣壓無關(guān)與電流成正比隨氣壓提高而減小陰極位降寬度和電流無關(guān)和氣壓成反比隨電流增加而減小隨電壓提高而減小電流密度和電流無關(guān)隨氣壓增加而增加隨電壓升高而增大隨氣壓增高而增大陰極斑點(diǎn)面積與電流成正比陰極全部布滿輝光正常輝光放電和異常輝光放電的特性對(duì)比輝光放電示意圖阿斯頓暗區(qū)：慢電子區(qū)域；陰極輝光：激發(fā)態(tài)氣體發(fā)光；克魯克斯暗區(qū)：氣體原子電離區(qū)，電子離子濃度高(電壓降主要在前面的三個(gè)區(qū)域：陰極位降區(qū))；負(fù)輝光：電離；電子－離子復(fù)合；正離子濃度高；法拉第暗區(qū)：慢電子區(qū)域，壓降低，電子不易加速；濺射原子的聯(lián)級(jí)碰撞示意圖

第二節(jié)濺射機(jī)制(1)從單晶靶材逸出的原子，其分布并不符合正弦規(guī)律，而趨向于晶體密度最高的方向；(2)濺射系數(shù)不僅決定于轟擊離子的能量，同時(shí)也決定于其質(zhì)量；(3)存在其一臨界能量，在它之下不能產(chǎn)生濺射；(4)離子能量很高時(shí)，濺射系數(shù)減??；(5)濺射原子的能量比熱蒸發(fā)原子能量高許多倍；(6)沒有發(fā)現(xiàn)電子轟擊產(chǎn)生濺射。濺射機(jī)制：局部加熱蒸發(fā)機(jī)制動(dòng)能直接傳遞機(jī)制1.濺射閾值：將靶材原子濺射出來所需的入射離子最小能量值。與入射離子的質(zhì)量關(guān)系不大，但與靶材有關(guān)，濺射閾值隨靶材序數(shù)增加而減小，20~40eV。濺射參數(shù)：濺射閾值，濺射產(chǎn)額(濺射率)，沉積速率，濺射原子的能量第三節(jié)濺射參數(shù)薄膜的沉積速率與濺射率成正比，所以濺射率是衡量濺射過程效率的參數(shù)。濺射產(chǎn)額（SputteringYield）經(jīng)驗(yàn)公式：2.濺射產(chǎn)額(濺射率)S濺射率的計(jì)算式

(1)離子能量E>1keV，在垂直入射時(shí)的濺射率：

式中:U0為是靶材元素的勢(shì)壘高度，也是靶材元素的升華能；a(M2/M1)只與M2/M1相關(guān)的常數(shù)。Eth是原子從晶格點(diǎn)陣被碰離產(chǎn)生級(jí)聯(lián)碰撞所必須的能量閾值，Sn(E)是彈性碰撞截面:Sn(E)=4Z1Z2e212[M1/(M1+M2)]Sn()Z1為轟擊離子的原子序數(shù)；Z2為靶材的原子序數(shù)；12稱湯姆遜—費(fèi)米屏蔽半徑(可據(jù)Z1Z2等參數(shù)計(jì)算得到)；是一個(gè)無量綱參數(shù)，稱為折合能量；Sn()稱為核阻止截面。與Sn()的關(guān)系可查表得到。經(jīng)驗(yàn)公式：濺射率的計(jì)算式(2)離子能量E＜1keV，在垂直入射時(shí)，濺射率的表達(dá)式為：S=(3/42)Tm/V0……(3-3)式中：Tm=4M1M2E/(M1+M2)2,最大傳遞能量；M1和M2分別是靶原子和入射離子的質(zhì)量。V0是靶材元素的勢(shì)壘高度，也是靶材元素的升華能；是與M2／M1有關(guān)的量，對(duì)于不同的質(zhì)量比，其值在0-1.5之間。

實(shí)際的濺射率計(jì)算式中：W為t時(shí)間內(nèi)靶材的質(zhì)量損失(g)，m為靶材的原子量，I離子電流(A)影響濺射率的因素濺射率是描述濺射特性的一個(gè)最重要物理參量。它表示正離子轟擊靶陰極時(shí)，平均每個(gè)正離子能從陰極上打出的原子數(shù)。又稱濺射產(chǎn)額或?yàn)R射系數(shù)，常用S表示。濺射率與入射離子的種類、能量、入射角度及靶材的類型、晶格結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、升華熱大小等因素有關(guān)，單晶靶材還與表面取向有關(guān)。(1)影響濺射率的因素—靶材料

濺射率與靶材料種類的關(guān)系可用靶材料元素在周期表中的位置來說明。在相同條件下，用同一種離子對(duì)不同元素的靶材料轟擊，得到不相同的濺射率，并且還發(fā)現(xiàn)濺射率呈周期性變化，其一般規(guī)律是：濺射率隨靶材元素原子序數(shù)增加而增大（同一周期）。濺射率與靶材元素原子序數(shù)的關(guān)系曲線（2）影響濺射率的因素—入射離子能量入射離子能量大小對(duì)濺射率影響顯著。當(dāng)入射離子能量高于某一個(gè)臨界值(濺射閾值)時(shí)，才發(fā)生濺射。圖3-5為濺射率S與入射離子能量E之間的典型關(guān)系曲線。曲線可分為三個(gè)區(qū)域：S正比于E2:ET<E<500eV(ET為濺射閾值)S正比于E

:500eV

<E<1000eVS正比于E1/2:1000eV

<E<5000eV濺射率S與入射離子能量E之間的典型關(guān)系曲線

濺射率S最初隨轟擊離子能量的增加而指數(shù)上升；其后出現(xiàn)一個(gè)線性增大區(qū)，并逐漸達(dá)到一個(gè)平坦的最大值并呈飽和狀態(tài)；如果再增加E則因產(chǎn)生離子注入效應(yīng)而使S值開始下降。用Ar離子轟擊銅時(shí)，

離子能量E與濺射率S的典型關(guān)系曲線可分成三部分：Ⅰ.沒有或幾乎沒有濺射的低能區(qū)域；Ⅱ.E=70～10keV，這是濺射率隨離子能量增大而增大的區(qū)域，用于濺射淀積薄膜；Ⅲ.E＞30keV，濺射率隨離子能量的增加而下降。

圖3-6中能量范圍擴(kuò)大到100keV，這一曲線可分成三部分：第一部分是沒有或幾乎沒有濺射的低能區(qū)域；第二部分的能量從70eV增至10keV，這是濺射率隨離子能量增大而增大的區(qū)域，用于濺射淀積薄膜的能量值大部分在這一范圍內(nèi)；第三部分是30keV以上，這時(shí)濺射率隨離子能量的增加而下降。如前所述，這種下降據(jù)認(rèn)為是由于轟擊離子此時(shí)深入到晶格內(nèi)部，將大部分能量損失在靶材體內(nèi)，而不是消耗在靶表面的緣故。轟擊離子愈重，出現(xiàn)這種下降時(shí)的能量值就愈高。(3)影響濺射率的因素—入射離子種類濺射率與入射離子種類的關(guān)系：1)依賴于入射離子的原子量，入射離子的原子量越大，則濺射率越高；2)與入射離子的原子序數(shù)有關(guān)，呈現(xiàn)出隨離子的原子序數(shù)周期性變化的關(guān)系。這和濺射率與靶材料的原子序之間存在的關(guān)系相類似。3)在周期表每一橫排中，凡電子殼層填滿的元素作為入射離子時(shí)，就有最大的濺射率。因此，惰性氣體的濺射率最高。一般情況下，入射離子多采用惰性氣體，同時(shí)還能避免與靶材料起化學(xué)反應(yīng)。通常選用氬為工作氣體。濺射率與入射離子的原子序數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

在常用的入射離子能量范圍(500～2keV)內(nèi)，各種惰性氣體的濺射率大體相同。

(4)影響濺射率的因素—入射離子的入射角

入射角是指離子入射方向與被濺射靶材表面法線之間的夾角。如下圖可見：1)隨著入射角的增加濺射率逐漸增大，在0-600之間的相對(duì)濺射率基本上服從1/cosθ規(guī)律,既S(θ)/S(0)=1/cosθ,S(θ)和S(0)分別為θ角和垂直入射時(shí)的濺射率。

Ar+的入射角與幾種金屬的濺射率的關(guān)系2)600時(shí)的值為垂直入射(θ=0)時(shí)的2倍左右。3)當(dāng)入射角為600-800時(shí)，濺射率最大。4)入射角再增加時(shí)，濺射率急劇減小，當(dāng)?shù)扔?00時(shí)，濺射率為零。Ar+的入射角與幾種金屬的濺射率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1/3)1、濺射率與離子入射角的典型關(guān)系曲線如圖3-9所示。表明：

對(duì)于不同的靶材和入射離子而言，對(duì)應(yīng)的最大濺射率S值，有一個(gè)最佳的入射角θm。

濺射率與離子入射角的典型關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論(2/3)2、另外，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同入射角θ的濺射率值S(θ)，和垂直入射時(shí)的濺射率值S(0)，對(duì)于不同靶材和入射離子的種類，有以下結(jié)果：1)對(duì)于輕元素靶材,S(θ)/S(0)比值變化顯著；2)重離子入射時(shí),S(θ)/S(0)的比值變化顯著；3)隨著入射離子能量的增加，S(θ)/S(0)呈最大值的角度逐漸增大；4)S(θ)/S(0)的最大值，在入射離子的加速電壓超過2kV時(shí)，急劇減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論(3/3)3、一般說來,入射角度與濺射率的關(guān)系：對(duì)金、銀、銅、鉑等影響較小；對(duì)鋁、鐵、鈦、鉭等影響較大；對(duì)鎳、鎢等的影響為中等。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的幾種解釋

對(duì)于上述濺射率隨離子入射角的變化，可從以下兩方面進(jìn)行解釋：1）具有的能量的入射離子轟擊靶材，將引起靶材表面原子的級(jí)聯(lián)碰撞，導(dǎo)致某些原子被濺射。該級(jí)聯(lián)碰撞的擴(kuò)展范圍不僅與入射離子能量有關(guān)，還與離子的入射角有關(guān)。顯然，在大入射角情況下，級(jí)聯(lián)碰撞主要集中在很淺的表面層，妨礙了級(jí)聯(lián)碰撞范圍的擴(kuò)展。結(jié)果低能量的反沖原子的生成率很低，致使濺射率急劇下降。2）入射離子以彈性反射方式從靶面反射。離子的反射方向與入射角有關(guān)。因此，反射離子對(duì)隨后入射離子的屏蔽阻擋作用與入射角有關(guān)。在入射角為600-800時(shí)，其阻擋作用最小而轟擊效果最好，故此時(shí)濺射率S呈最大值。(5)影響濺射率的因素—靶材溫度濺射率與靶材溫度的依賴關(guān)系，主要與靶材物質(zhì)的升華能相關(guān)的某溫度值有關(guān)：在低于此溫度時(shí)，濺射率幾乎不變；超過此溫度時(shí)，濺射率將急劇增加。因此，在濺射時(shí)，應(yīng)注意控制靶材溫度，防止出現(xiàn)濺射率急劇增加現(xiàn)象的產(chǎn)生。（以保證濺射率不突變）濺射率與靶材溫度的關(guān)系圖3-10是用45keV的氙離子(Xe4)對(duì)幾種靶材進(jìn)行轟擊時(shí)，所得濺射率與靶材溫度的關(guān)系曲線。由圖可見，在濺射時(shí)，應(yīng)注意控制靶材溫度，防止出現(xiàn)濺射率急劇增加現(xiàn)象的產(chǎn)生。濺射率與靶材溫度的關(guān)系(用45keV的Xe4對(duì)靶進(jìn)行轟擊時(shí))

濺射率除與上述五種因素有關(guān)外，還與靶的結(jié)構(gòu)和靶材的結(jié)晶取向、表面形貌、濺射壓強(qiáng)等因素有關(guān)。綜上所述，為了保證濺射薄膜的質(zhì)量和提高薄膜的淀積速度，應(yīng)當(dāng)盡量降低工作氣體的壓力和提高濺射率。3.濺射原子的能量和速度濺射原子的能量和速度也是描述濺射特性的重要物理參量。一般由蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的原子的能量為0.1eV左右。而在濺射中，由于濺射原子是與高能量入射離子交換動(dòng)量而飛濺出來的，所以，濺射原子具有較大的能量。如以1000eV加速的Ar+離子濺射鋁等輕金屬元素時(shí),逸出原子的能量約為10eV,而濺射鎢、鉬、鉑時(shí),逸出原子的能量約為35eV。一般認(rèn)為，濺射原子的能量比熱蒸發(fā)原子能量大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，約為5-10eV。濺射原子的能量和速度特點(diǎn)(1/3)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果:(1)重元素靶材被濺射出來的原子有較高的逸出能量，而輕元素靶材則有高的原子逸出速度；(2)不同靶材料具有不相同的原子逸出能量，而濺射率高的靶材料，通常有較低的平均原子逸出能量；濺射原子的能量和速度特點(diǎn)(2/3)：(3)在相同轟擊能量下，原子逸出能量隨入射離子質(zhì)量的增加而線性增加，輕入射離子濺射出的原子的逸出能量較低，約為10eV，而重入射離子濺射出的原子的逸出能量較大，平均達(dá)到30-40eV；濺射原子的能量和速度特點(diǎn)(3/3)：(4)濺射原子的平均逸出能量，隨入射離子能量增加而增大，當(dāng)入射離子能量達(dá)到1keV以上時(shí)，平均逸出能量逐漸趨于恒定值；(5)在傾斜方向逸出的原子具有較高的逸出能量；(6)靶材的結(jié)晶取向和晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)濺射原子的逸出能量影響不大。4．濺射原子的角度分布（1/4）研究濺射原子的分布，有助于了解濺射機(jī)理和建立濺射理論，在實(shí)際應(yīng)用上也有助于控制膜厚的分布。早期的濺射理論認(rèn)為濺射的發(fā)生是由于高能量的轟擊離子產(chǎn)生了局部高溫區(qū)，從而導(dǎo)致靶材料的蒸發(fā)，因此，逸出原子呈現(xiàn)余弦分布規(guī)律。這種理論稱為濺射的熱峰蒸發(fā)理論。

4．濺射原子的角度分布（2/4）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在用低能離子轟擊時(shí)，逸出原子的分布并不遵從余弦分布規(guī)律,垂直于靶表面方向逸出的原子數(shù)，明顯地少于按余弦分布時(shí)應(yīng)有的逸出原子數(shù)。靶材料不同，角分布與余弦分布的偏差也不相同。而且改變轟擊離子的入射角時(shí)，逸出原子數(shù)在入射的正反射方向顯著增加，與余弦分布的偏差明顯增大。4．濺射原子的角度分布（3/4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，濺射原子的逸出主要方向與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。這也直接影響到濺射率。對(duì)于單晶靶材料，通常，最主要的逸出方向是原子排列最緊密的方向，其次是次緊密的方向。

4．濺射原子的角度分布（4/4）半導(dǎo)體單晶材料逸出原子的角分布與金屬類似，也存在與結(jié)晶構(gòu)造有關(guān)的主要逸出方向，即具有各向異性的特點(diǎn)，但不如金屬那樣明顯。多晶靶材與單晶靶材濺射原子的角分布有明顯的不同：對(duì)于單晶靶可觀察到濺射原子明顯的擇優(yōu)取向，而多晶固體差不多顯示一種余弦分布。沉積速率:

Q為沉積速率，C為表示濺射裝置特性的常數(shù)，I為離子流，r為濺射系數(shù)。濺射系數(shù)本身是濺射電壓與濺射離子種類得函數(shù)。沉積速率與靶到基片的距離、濺射電壓、濺射電流等有關(guān)。第四節(jié)薄膜的沉積速率（1）真空室的腔壁和真空室中的其他零件可能含有吸附氣體、水氣和二氧化碳。由于輝光中電子和離子的轟擊作用，這些氣體可能重新釋出。解決辦法：可能接觸輝光的一切表面部必須在沉積過程中適當(dāng)?shù)乩鋮s以便使其在沉積的最初幾分鐘內(nèi)達(dá)到熱平衡(假設(shè)在適當(dāng)位置有一遮斷器)；也可在抽氣過程中進(jìn)行高溫烘烤。（2）基片表面的污染。（污物、灰塵、油污等）第五節(jié)沉積過程中的污染第六節(jié)

入射離子和固體表面相互作用引起的各種效應(yīng)在濺射過程中入射離子與靶材之間有很大能量的傳遞。因此，濺射出的原子將從濺射過程中獲得很大的動(dòng)能，其數(shù)值一般可以達(dá)到5-20eV。相比之下，由蒸發(fā)法獲得的原子動(dòng)能一般只有0.1eV。這導(dǎo)致在沉積過程中，高能量的原子對(duì)于襯底的撞擊一方面提高了原子自身在沉積表面的擴(kuò)散能力，另一方面也將引起襯底溫度的升高。在濺射沉積過程中，引起襯底溫度升高的能量有以下三個(gè)來源：

(1)原子的凝聚能；

(2)沉積原子的平均動(dòng)能；

(3)等離子體中的其它粒子，如電子、中性原子等的轟擊帶來的能量。第七節(jié)離子轟擊在濺射過程中的作用1)在膜層沉積之前的離子濺射清洗2)離子轟擊對(duì)基體和鍍層交界面的影響

a)使基體中產(chǎn)生缺陷；

b)熱效應(yīng)；

c)物理混合；反沖注入，偽擴(kuò)散層。3)離子轟擊在薄膜生長(zhǎng)中的作用

a)優(yōu)先去除松散結(jié)合的原子；

b)增強(qiáng)擴(kuò)散和反應(yīng)活性，提高成核密度；

c)對(duì)形貌的影響(晶粒的擇優(yōu)取向)；

b)對(duì)沉積膜組分的影響；

c)對(duì)膜層物理性能的影響（應(yīng)力，結(jié)合力）對(duì)形貌的影響平滑粗糙化對(duì)膜層結(jié)構(gòu)的影響膜層的晶粒尺寸和位錯(cuò)密度膜層的晶面間距第八節(jié)濺射方法和濺射裝置直流濺射(二極，三極，四極)射頻濺射磁控濺射反應(yīng)濺射1.直流濺射（雙極型）直流濺射沉積裝置示意圖電壓約1－5kV，出射原子的速率約3-6x105cm/s，能量約10-40eV，到達(dá)基板的原子能量約1-2eV。已很少用，因?yàn)槌练e速率太低~0.1mm/min，基片溫升，靶材必須導(dǎo)電，高的直流電壓，較高的氣壓。濺射沉積速率與工作氣壓間的關(guān)系濺射原子與氣體原子的碰撞導(dǎo)致濺射原子的散射（方向及能量無序），到達(dá)基片的幾率隨極板間距增加降低。一般要確保薄膜的均勻性，極板間距是克魯克暗區(qū)的兩倍，陰極平面面積為基片面積的兩倍。改進(jìn):低氣壓濺射降低污染，提高濺射原子的平均能量；需額外的電子源；外加磁場(chǎng)或高頻放電提高離化率。直流三極濺射：可以在低壓強(qiáng)（<0.13Pa）下運(yùn)行，但放電過程難控制，重復(fù)性差等離子體的密度可通過改變電子發(fā)射電流和加速電壓來控制。離子對(duì)靶材轟擊能量可通過靶電壓加以控制。從而解決了二極濺射中靶電壓、靶電流及氣壓之間相互約束的矛盾。優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單，容易控制，制膜重復(fù)性好（P，U，I）。缺點(diǎn)：

1)工作氣壓高(10~2Torr)，高真空泵不起作用；

2)沉積速率低；

3)基片升溫高；

4)只能用金屬靶(絕緣靶導(dǎo)致正離子累積)；直流濺射2.射頻濺射射頻濺射原理圖

射頻頻率：13.56MHz；電子作振蕩運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了路徑，不再需要高壓；射頻濺射可制備絕緣介質(zhì)薄膜；射頻濺射的負(fù)偏壓作用，使之類似直流濺射。無負(fù)偏壓有負(fù)偏壓3、

磁控濺射利用輝光放電可以進(jìn)行直流二極濺射，在冷陰極輝光放電中，由于離子轟擊會(huì)從陰極表面放出二次電子，這些二次電子在電場(chǎng)的作用下被加速，并在運(yùn)動(dòng)過程中與氣體分子發(fā)生電離碰撞，由此維持放電的正常進(jìn)行。如果在陰極表面附近施加和電場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)，那么電子將作回旋運(yùn)動(dòng)，其軌跡為一圓形滾線。這樣電離碰撞的次數(shù)要明顯增加，即使在比較低的濺射氣壓下也能維持放電。自從20世紀(jì)70年代初磁控濺射技術(shù)誕生以來，磁控濺射技術(shù)在高速率沉積金屬、半導(dǎo)體和介電薄膜方面已取得了巨大進(jìn)步。與真空蒸發(fā)、傳統(tǒng)濺射鍍膜相比，磁控濺射除了可以在較低壓強(qiáng)下得到較高的沉積率以外，它也可以在較低的基片溫度下獲得高質(zhì)量薄膜。3.磁控濺射

1)磁控濺射裝置圖2.8平面磁控濺射靶的工作原理示意圖不同磁場(chǎng)方向的效應(yīng)2）磁控濺射的基本原理：就是以磁場(chǎng)改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，并束縛和延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了電子對(duì)工作氣體的電離幾率，有效利用了電子的能量。從而使正離子對(duì)靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效，可在較低的氣壓條件下進(jìn)行濺射，同時(shí)受正交電磁場(chǎng)束縛的電子又約束在靶附近，只能在其能量耗盡時(shí)才能沉積在基片上，這就使磁控濺射具有“低溫、高速”兩大特點(diǎn)。3）

磁控濺射裝置570型磁控濺射裝置如圖2.6所示。系統(tǒng)的極限真空優(yōu)于2×10-5Pa，具有多靶位、多基片的特點(diǎn)，共有八個(gè)基片位置，采用循環(huán)水冷卻靶材，其中有三個(gè)直流靶和二個(gè)射頻靶。該濺射裝置的特點(diǎn)是靶與基片之間的距離可調(diào)范圍大（3~15cm），靶可以自由升降，適合制備氮化物膜、氧化物膜、金屬多層膜等。在制備薄膜的過程中由計(jì)算機(jī)控制，可以有效地控制薄膜的厚度及制膜時(shí)間。高真空磁控濺射沉積系統(tǒng)示意圖4）磁控濺射的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)(a)二次電子以擺線的形式在靶上循環(huán)運(yùn)動(dòng)，路程足夠長(zhǎng)，電子使原子電離的機(jī)會(huì)增加。(b)Ar離子集中在靶材附近，提高了電離效率，工作氣壓可降低到10-310-4Torr，減少了工作氣體與濺射原子的散射作用，提高了沉積速率。(c)高密度等離子體被電磁場(chǎng)束縛在靶面附近，不與基片接觸。這樣，電離產(chǎn)生的正離子能有效地轟擊靶面；基片又免受等離子體地轟擊，制膜過程中溫升較小。有效地解決了直流濺射中基片溫升高和濺射速率低兩大難題

缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁性材料的低溫高速濺射，因?yàn)閹缀跛玫拇磐慷际峭ㄟ^磁性靶的，所以在靶附近不能外加強(qiáng)磁場(chǎng)；用絕緣材料的靶會(huì)使基板溫度上升靶材的利用率低(10%-30%)，靶表面不均勻?yàn)R射反應(yīng)性磁控濺射中的電弧問題薄膜的均勻性濺射裝置復(fù)雜在濺射氣體中加入少量的反應(yīng)性氣體如N2,O2,烷類等，使反應(yīng)氣體與靶材原子一起在襯底上沉積，對(duì)一些不易找到塊材制成靶材的材料，或在濺射過程中薄膜成分容易偏離靶材原成分的，都可利用此方法。

反應(yīng)氣體：如O2,N2,NH3,CH4,H2S氧化物，如Al2O3,SiO2,In2O3,SnO2碳化物，如SiC,WC,TiC,DLC氮化物，如TiN,AlN,Si3N4硫化物，如CdS,ZnS,CuS4.反應(yīng)濺射（ReactiveGasSputtering）反應(yīng)也可能在靶上或基板上進(jìn)行=>靶中毒。在靶附近通入Ar氣等離子體會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)。在基片附近通入反應(yīng)氣體特點(diǎn)：Ti靶；靶電壓415~430V；靶-基片距離13cm；濺射氣體N2/Ar或N2；總壓強(qiáng)0.47Pa；沉積率~1mm/h非攙雜Si靶；濺射氣體O2/Ar；靶-基片距離8cm；濺射壓強(qiáng)0.7～2Pa；濺射功率3.0kW；基片溫度為室溫；薄膜中磷含量可達(dá)3x1021cm-3，且可由坩鍋溫度和濺射氣體壓強(qiáng)控制。反應(yīng)濺射的實(shí)例濺射薄膜的質(zhì)量第六節(jié).離子束濺射Ar離子不是由輝光放電產(chǎn)生，而是由離子發(fā)生器產(chǎn)生，這樣沉積系統(tǒng)可保持高真空度，且可以控制Ar離子入射的角度和能量，如需生成化合物薄膜，則可通入反應(yīng)氣體的離子。普通的濺射很難控制Ar離子的能量和入射角，轟擊到的靶面積小，沉積率較低，不適合沉積厚度均勻的大面積薄膜第六節(jié).離子束濺射特點(diǎn)：（1）可在較高的真空度下鍍膜，薄膜的純度高，膜與基片結(jié)合力較強(qiáng)。（2）薄膜沉積的重復(fù)性較好（可獨(dú)立控制離子束能量和電流。

）（3）可制備較大面積的薄膜（4）可制備化合物薄膜材料（5）基片不是作為陽(yáng)極，電子不會(huì)加速轟擊基片產(chǎn)生溫升。HgCdTe第七節(jié).離子鍍?cè)谡婵諚l件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物部分離化，產(chǎn)生離子轟擊效應(yīng)，最終將蒸發(fā)物或反應(yīng)物沉積在基片上。結(jié)合蒸發(fā)與濺射兩種薄膜沉積技術(shù)而發(fā)展的一種PVD方法。1產(chǎn)生輝光；2蒸發(fā)離化；3被加速；4沉積成膜與蒸發(fā)，濺射的比較(1)離子鍍過程中的離化率問題離子鍍是在等離子體內(nèi)，蒸發(fā)或?yàn)R射的原子部分或大部分被離化的情況下進(jìn)行沉積的。離化率即被電離的原子占全部蒸發(fā)原子的百分比。二極型：0.1~2%射頻：10%(2)離子鍍的粒子繞射性①離子鍍的工作氣壓約10-1Pa，比普通的真空蒸鍍10-4高，所以蒸發(fā)原子的平均自由程低，散射嚴(yán)重，所以繞射性好。

②在氣體放電的離子鍍中，沉積粒子呈現(xiàn)正電性，從而受到處于負(fù)電位的基片的吸引作用。離子鍍的粒子繞射性提高薄膜對(duì)于復(fù)雜外形表面的覆蓋能力。(3)離子鍍的類型1－陽(yáng)極2－蒸發(fā)源3－進(jìn)氣口4－輝光放電區(qū)5－陰極暗區(qū)6－基片7－絕緣支架8－直流電源9－真空室10－蒸發(fā)電源11－真空系統(tǒng)①直流二極型離子鍍②直流三極型1－陽(yáng)極2－進(jìn)氣口3－蒸發(fā)源4－電子吸收極5－基片6－熱電子發(fā)射極7－直流