简而言之，溅射可以沉积多种材料。该工艺用途广泛，能够从纯金属（如金和银）、复杂合金（如钢）以及绝缘陶瓷化合物（如金属氧化物和氮化物）制造薄膜。您希望沉积的材料被制成物理“靶材”，在过程中被侵蚀。
溅射的多功能性是其最大的优势，但靶材的基本选择决定了整个设置。核心区别在于材料是导电的还是绝缘的，这决定了所需的电源类型和工艺。
可溅射材料的范围
溅射工艺对可沉积材料的类型限制很少。这种灵活性是其在从半导体制造到医疗设备等行业中广泛使用的主要原因。
纯金属和合金
最直接的溅射材料是纯金属及其合金。这些材料具有导电性，这简化了溅射过程。
常见示例包括：
- 贵金属：金 (Au)、银 (Ag)、铂 (Pt)
- 工业金属：铜 (Cu)、铝 (Al)、钛 (Ti)
- 合金：不锈钢、金-钯 (Au-Pd)
陶瓷和介电化合物
溅射对于沉积陶瓷和其他介电（电绝缘）材料也非常有效。
这些材料通常因其保护、光学或绝缘特性而被使用。例如氧化铝 (Al₂O₃)、二氧化硅 (SiO₂) 和二氧化钛 (TiO₂)。
靶材如何决定溅射工艺
靶材的选择不仅仅关乎最终薄膜；它决定了溅射过程本身的物理特性，主要是维持等离子体所需的电源。
导电材料和直流溅射
对于导电材料，如金属和合金，使用直流 (DC) 电源。
直流溅射效率高且相对简单。负电压施加到靶材上，吸引等离子体中的正离子，从而发生溅射。对于导电靶材，此过程是连续且稳定的。
绝缘材料和射频溅射
对于绝缘材料，如陶瓷，直流电源将不起作用。正电荷会迅速在靶材表面积聚，排斥正等离子体离子并停止溅射过程。
解决方案是使用射频 (RF) 电源。射频场快速交替电压，防止电荷积聚，并允许有效溅射绝缘体和半导体。
通过反应溅射制造化合物
您还可以通过称为反应溅射的过程，从纯金属靶材制造氮化物或氧化物等化合物薄膜。
在此技术中，将反应气体（如氮气 (N₂) 或氧气 (O₂)）与惰性气体（如氩气）一起引入真空室。溅射的金属原子在到达基板的途中与该气体反应，形成化合物薄膜，如氮化钛 (TiN) 或二氧化硅 (SiO₂)。
了解权衡和注意事项
除了材料的电学特性外，靶材本身的物理特性对溅射过程具有实际和经济影响。
靶材几何形状和成本
溅射靶材有各种形状，最常见的是平面（扁平）圆盘或圆柱形/环形管。
平面靶材通常更便宜，更容易制造和更换。然而，一些系统设计需要圆柱形或环形靶材，它们提供更好的材料利用率，但更昂贵和复杂。
材料纯度和完整性
靶材的质量至关重要。它必须具有高纯度以防止薄膜污染。
此外，靶材必须物理坚固且无裂纹或空隙。这些缺陷会导致溅射速率不一致、等离子体中电弧放电和颗粒产生，所有这些都会损害最终涂层的质量。
为您的应用做出正确选择
选择正确的靶材和工艺完全取决于您最终薄膜所需的特性。
- 如果您的主要重点是沉积简单的导电金属薄膜：使用纯金属靶材和直接的直流溅射工艺是最有效的选择。
- 如果您的主要重点是制造绝缘、陶瓷或光学层：您必须使用射频溅射工艺和由特定介电材料制成的靶材（例如，Al₂O₃ 靶材）。
- 如果您的主要重点是制造硬涂层或化合物薄膜（如氮化物）：使用纯金属靶材和反应气体的反应溅射通常是最具成本效益和可控的方法。
最终，了解靶材与溅射方法之间的联系使您能够为几乎任何应用实现精确高质量的涂层。
总结表：
| 材料类型 | 主要示例 | 常见溅射工艺 |
|---|---|---|
| 纯金属和合金 | 金 (Au)、铝 (Al)、不锈钢 | 直流溅射 |
| 陶瓷和介电材料 | 氧化铝 (Al₂O₃)、二氧化硅 (SiO₂) | 射频溅射 |
| 化合物薄膜（通过反应溅射） | 氮化钛 (TiN) | 反应溅射（直流/射频 + 反应气体） |
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