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磁控溅射镀膜机的原理是什么?

磁控溅射镀膜机的原理是什么?

磁控溅射镀膜机的工作原理可以从最初的“溅射现象”说起。人类从最初发现“溅射现象”发展到“溅射镀膜”这一阶段经历了很长一段时间,而溅射现象早在19世纪50年代法拉第气体放电实验中就已发现。但当时只把这一现象作为回避范畴进行研究,认为这一现象是有害的。到了20世纪,才有证据表明,沉积金属是一种阴极被正离子轰击而溅射出来的物质。在1960年代,溅射制钽薄膜就出现了。1965年研制出同轴圆柱磁控溅射器和三级溅射器,1970年代研制出平面磁控溅射器,实现了高速低温溅射镀膜,使溅射一天比一天地进步。

在磁控溅射镀膜机中,磁控溅射靶采用静态电磁场,而磁场为曲线型,对数电场用在同轴柱体靶上,均匀电场用在平面靶上,枪靶用在两者之间。每个部分的原则都一样。

由于受电场的影响,电子加速飞向基体,并在此过程中与氩原子发生碰撞。若电子本身有足够30eV的能量,则电离出氢原子同时产生电子。当Ar受到电场的影响时,电子仍然飞向基体,并移向阴极(即溅射靶),同时用高能轰击靶面,即使靶面被溅射。

这种溅射粒子中,中性靶分子或原子在基片上沉积形成薄膜;当二次电子加速飞向基片时,受磁场的洛仑兹力的影响,其表面会出现螺旋线和摆线的复合形态,形成一系列的环形运动。这个电子不仅运动轨迹长,而且受电磁场理论的约束,在目标表面附近的等离子体区范围内。在这个区域内电离出了大量的氢氧化钠来轰击目标,因此磁控溅射镀膜机的沉积速率很高。

随着碰撞频率的增加,电子能量将逐渐减弱,电子也将慢慢远离目标表面。低能量的电子会在磁力线上来回振荡,直到在电场作用下最终沉积在基片上,直到电子能量快耗尽。

由于这种电子能量较弱,因此传递到基体的能量较低,基体的温升作用不大。磁场位于磁极轴线上,电场与磁场相互平行,第二类电子直接飞向基片。但磁控溅射镀膜机的磁极轴上的离子电流密度较小,因此第二类包括的电子数据很少,使基片温升效果不佳。

磁控溅射镀膜机的基本原理是通过磁场改变电子的运动方向,延长电子的运动路径,扩大电子的区域范围,从而提高电子的离子化几率,使电子的能量利用更加有效。磁控溅射法就是这样一种“高”“低”的特性。