如何提高溅射效率?


磁控溅射通常的溅射方法,溅射效率不高。

为了提高溅射效率,首先需要增加气体的离化效率。为了说明这一点,先讨论一下溅射过程。当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时,会引起电子发射,在阴极表面产生的这些电子,开始向阳极加速后进人负辉光区,并与中性的气体原子碰撞,产生自持的辉光放电所需的离子。这些所谓初始电子(primary electrons )的平均自由程随电子能量的增大而增大,但随气压的增大而减小。在低气压下,离子是在远离阴极的地方产生,从而它们的热壁损失较大,同时,有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极,所引起的损失又不能被碰撞引起 的次级发射电子抵消,这时离化效率很低,以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。通过增大加速电压的方法也同时增加了电子的平均自由程,从而也不能有效地增加离化效率。虽然增加气压可以提高离化率,但在较高的气压下,溅射出的粒子与气体的碰撞的机会也增大,实际的溅射率也很难有大的提高。如果加上一平行于阴极表面的磁场,就可以将初始电子的运动限制在邻近阴极的区域,从而增加气体原子的离化效率。

常用磁控溅射仪主要使用圆筒结构和平面结构,这两种结构中,磁场方向都基本平行于阴极表面,并将电子运动有效地限制在阴极附近。磁控溅射的制备条件通常是,加速电压:300~800V,磁场约:50~300G,气压:1~10 mTorr,电流密度:4~60mA/cm2,功率密度:1~40W/cm2,对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm/min到1000nm/min。同溅射一样,磁控溅射也分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)磁控溅射。射频磁控溅射中,射频电源的频率通常在50~30MHz。射频磁控溅射相对于直流磁控溅射的主要优点是,它不要求作为电极的靶材是导电的。因此,理论上利用射频磁控溅射可以溅射沉积任何材料。由于磁性材料对磁场的屏蔽作用,溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布,影响溅射效率。因此,磁性材料的靶材需要特别加工成薄片,尽量减少对磁场的影响。 用圆筒结构和平面结构,如图14.5所示。这两种结构中,磁场方向都基本平行于阴极表面,并将电子运动有效地限制在阴极附近。磁控溅射的制备条件通常是,加速电压:300~800V,磁场约:50~300G,气压:1~10 mTorr,电流密度:4~60mA/cm2,功率密度:1~40W/cm2,对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm/min到1000nm/min。同溅射一样,磁控溅射也分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)磁控溅射。射频磁控溅射中,射频电源的频率通常在50~30MHz。射频磁控溅射相对于直流磁控溅射的主要优点是,它不要求作为电极的靶材是导电的。因此,理论上利用射频磁控溅射可以溅射沉积任何材料。由于磁性材料对磁场的屏蔽作用,溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布,影响溅射效率。因此,磁性材料的靶材需要特别加工成薄片,尽量减少对磁场的影响。

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