磁控濺射是物理氣相沉積的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料,且具有設備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優點。上世紀70年代發展起來的磁控濺射法更是實現了高速、低溫、低損傷。因為是在低氣壓下進行高速濺射,必須有效地提高氣體的離化率。磁控濺射通過在靶陰極表面引入磁場,利用磁場對帶電粒子的約束來提高等離子體密度以增加濺射率。
磁控濺射系統的工作原理是指電子在電場E的作用下,在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞,使其電離產生出Ar正離子和新的電子;新電子飛向基片,Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶,并以高能量轟擊靶表面,使靶材發生濺射。在濺射粒子中,中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜,而產生的二次電子會受到電場和磁場作用,產生E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移,簡稱E×B漂移,其運動軌跡近似于一條擺線。若為環形磁場,則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動,它們的運動路徑不僅很長,而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內,并且在該區域中電離出大量的Ar 來轟擊靶材,從而實現了高的沉積速率。
隨著碰撞次(ci)數(shu)的增加(jia),二次(ci)電(dian)(dian)子(zi)的能(neng)量(liang)(liang)消耗殆(dai)盡,逐漸遠離(li)靶(ba)表面,并(bing)在電(dian)(dian)場(chang)E的作用下最終沉積在基(ji)片(pian)(pian)(pian)上。由于(yu)該(gai)電(dian)(dian)子(zi)的能(neng)量(liang)(liang)很低(di),傳遞給基(ji)片(pian)(pian)(pian)的能(neng)量(liang)(liang)很小(xiao),致使基(ji)片(pian)(pian)(pian)溫(wen)升較(jiao)低(di)。
磁控(kong)濺射是入射粒(li)子和靶(ba)(ba)(ba)(ba)的(de)碰(peng)撞(zhuang)過程(cheng)。入射粒(li)子在(zai)靶(ba)(ba)(ba)(ba)中(zhong)經歷(li)復雜的(de)散射過程(cheng),和靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)子碰(peng)撞(zhuang),把(ba)部分動量傳(chuan)給靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)子,此靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)子又和其(qi)他靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)子碰(peng)撞(zhuang),形成級聯過程(cheng)。在(zai)這(zhe)種級聯過程(cheng)中(zhong)某些表面(mian)附(fu)近的(de)靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)子獲得(de)向(xiang)外運動的(de)足(zu)夠動量,離開靶(ba)(ba)(ba)(ba)被濺射出來。