溅射有哪些类型？直流、射频和高级技术的指南

尽管存在许多名称，物理气相沉积领域主要建立在两种基本的溅射类型之上：直流溅射和射频溅射。核心区别在于用于产生等离子体的电源，这直接决定了您可以沉积的材料类型。所有其他变体本质上都是这两种核心技术的增强或专门应用。

溅射方法的选择并非随意的；它是您需要沉积的材料的直接结果。您的决定归结为将靶材的电学特性——无论是导体还是绝缘体——与正确的溅射技术相匹配。

基本划分：直流与射频溅射

任何溅射过程的核心都是等离子体——一种电离气体（通常是氩气），提供轰击靶材所需的离子。用于创建和维持该等离子体的方法是分类的主要依据。

直流（DC）溅射是最简单的形式。将高负直流电压施加到靶材上，靶材充当阴极。这会点燃等离子体，带正电的氩离子直接加速射向负靶材，在撞击时将原子撞击出来。

由于这种方法依赖于恒定的直流电压，靶材必须是导电的。如果靶材是绝缘体，正电荷会迅速积聚在其表面，中和负电势并停止溅射过程。

射频（RF）溅射使用高频交流（AC）电源，通常为 13.56 MHz。这种快速交替的电场为等离子体中的电子提供能量，电子随后撞击并电离氩原子。

关键优势在于交变电场可以防止电荷在绝缘靶材表面积聚。在周期的前半部分，表面被离子轰击；在后半部分，它被电子中和。这种多功能性使射频溅射对于沉积介电材料和陶瓷材料至关重要。

在直流和射频的基础上，工程师开发了几种先进技术来提高效率、沉积速率和薄膜质量。

这是现代系统中使用的最常见的增强技术。磁铁放置在靶材后方，以产生一个磁场，将电子限制在靠近靶材表面的路径中。

这种限制极大地增加了电子与氩原子碰撞并使其电离的概率，从而产生更密集的等离子体。结果是沉积速率显著提高，并且基板加热减少。直流和射频系统通常都会升级为直流磁控或射频磁控溅射系统。

在离子束溅射中，等离子体产生与靶材物理分离。一个独立的离子源或“枪”产生一束聚焦的离子束，瞄准靶材。

这种分离使得可以独立控制离子能量和通量，从而实现极其精确和可重复的沉积。IBS 产生非常致密、纯净和高质量的薄膜，使其非常适合精密光学等要求严苛的应用。

反应性溅射不是一种独特的系统类型，而是一种工艺变体。它涉及将反应性气体（如氧气或氮气）与惰性溅射气体（氩气）一起引入真空室中。

从靶材溅射出的金属原子在飞行中或在基板表面与该气体反应。该过程用于从纯金属靶材沉积化合物薄膜，如氮化钛 (TiN) 或氧化铝 (Al₂O₃)。

选择溅射技术需要在性能、复杂性和成本之间取得平衡。每种方法都有其固有的优点和缺点。

磁控溅射提供最高的沉积速率，使其非常适合工业规模生产。然而，像离子束溅射这样的方法，虽然速度慢得多，但能提供对薄膜特性的卓越控制，从而获得更高的密度和纯度。

简单的直流二极管系统是最不复杂且制造成本最低的。增加射频功能或磁控阵列会增加复杂性和成本，但会极大地扩展材料范围并提高效率。离子束系统是最复杂和最昂贵的，专为薄膜质量至关重要的应用而保留。

这是最关键的权衡。如果您必须沉积绝缘材料，您别无选择，只能使用基于射频的系统。对于简单的金属涂层，直流磁控系统几乎总是最经济和最高效的解决方案。

您应用的具体要求将指导您选择合适的溅射技术。

理解这些核心方法将溅射从一个术语列表转变为强大的精密工程工具箱。