在直流溅射中，所需的压力通常为 1 至 15 mTorr（毫托） 取决于具体应用、目标材料和所需的薄膜特性。压力在决定溅射原子的能量分布、等离子体密度和沉积薄膜的整体质量方面起着至关重要的作用。较低的压力有利于高能弹道冲击，而较高的压力则会促进溅射原子的扩散运动和热化。最佳压力必须平衡这些效应，以达到理想的薄膜均匀性、密度和附着力。
要点说明：
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直流溅射的压力范围:
- 直流溅射的典型工作压力为 1 至 15 毫托 .
- 较低的压力（1-5 mTorr）可实现 高能弹道冲击 在这种情况下，溅射原子直接进入基底，碰撞次数极少。
- 较高的压力（5-15 mTorr）可促进 扩散运动 在这种情况下，溅射原子会与气体原子发生多次碰撞，从而导致更加随机的热沉积。
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压力在溅射中的作用:
- 平均自由路径:压力决定了溅射原子的平均自由路径。在较低的压力下，平均自由路径较长，可实现高能沉积。在较高压力下，平均自由路径缩短，导致热化运动。
- 等离子体密度:压力会影响等离子体密度，而等离子体密度会影响溅射原子的电离水平和能量。等离子体密度可用公式计算：
- [ n_e = \left(\frac{1}{lambda_{De}^2}\right) \times \left(\frac{omega^2 m_e \epsilon_0}{e^2}\right)
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] 其中，(n_e) 是等离子体密度，(\lambda_{De}) 是德拜长度，(\omega) 是角频率，(m_e) 是电子质量，(\epsilon_0) 是自由空间的介电常数，(e) 是基本电荷。
- 薄膜质量:压力优化对于获得理想的薄膜特性（如均匀性、密度和粘附性）至关重要。
- 影响压力选择的因素:
- 目标材料:不同的材料需要不同的压力才能达到最佳溅射产量。例如，较重的靶原子可能需要较高的压力，以确保足够的能量转移。
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基底要求:所需的薄膜特性（如密度、均匀性）会影响压力的选择。较低压力下的高能撞击是致密薄膜的理想选择，而较高压力下的热沉积则可提高复杂几何形状的覆盖率。
- 动力源
- :由于等离子体的产生和电离效率不同，直流溅射的工作压力通常低于射频溅射。
- 压力对溅射产量的影响
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: 溅射产率（每个入射离子射出的靶原子数量）取决于离子的能量、靶原子的质量和入射角度。
- 在较低的压力下，较高的离子能量会导致较高的溅射产率，但过高的能量会导致基底损坏。 在较高压力下，由于碰撞造成的能量损失，溅射产量可能会降低，但热化运动可改善薄膜的均匀性。
- 压力控制的实际考虑因素:
- 室内设计:真空系统必须能够持续保持所需的压力范围。
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气体流速:必须优化溅射气体（如氩气）的流速，以达到所需的压力和等离子条件。
- 过程监控:压力和等离子参数的实时监控可确保薄膜质量的一致性和工艺的可重复性。
- 压力选择中的权衡:
低压
:优点是高能沉积、薄膜致密、沉积速度快。缺点是可能会损坏基底，对复杂几何形状的覆盖率较低。
| 高压 | :优点是薄膜的均匀性更好，在复杂基底上的覆盖率更高。缺点是沉积率较低，可能出现薄膜孔隙。 | 通过仔细选择和控制直流溅射中的压力，制造商可以优化沉积过程，以实现特定应用所需的薄膜特性。 |
|---|---|---|
| 汇总表： | 参数 | 低压（1-5 mTorr） |
| 高压（5-15 mTorr） | 能量分布 | 高能弹道冲击 |
| 扩散热化运动 | 薄膜均匀性 | 较低（直接冲击） |
| 较高（随机沉积） | 沉积率 | 较快 |
| 较慢 | 基底覆盖率 | 对复杂几何形状的覆盖率较低 |
| 在复杂几何形状上效果较好 | 薄膜密度 | 较致密 |
可能多孔 基底损坏风险 较高
