溅射是一种广泛使用的薄膜沉积技术，它依赖于气体的使用来促进这一过程。溅射中使用的主要气体是惰性气体，其中氩气因其成本效益和效率而最为常见。不过，也会使用氧气、氮气和乙炔等活性气体，特别是在活性溅射中，它们会与目标材料发生化学反应，形成氧化物、氮化物和氧氮化物等化合物。气体的选择取决于目标材料的原子量和沉积薄膜所需的化学成分等因素。对于轻元素，氖是首选，而较重的元素可能需要氪或氙来实现有效的动量传递。
要点说明：
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溅射中的惰性气体:
- 氩气 (Ar):氩气是溅射中最常用的惰性气体，因为它价格低廉、易于获得，而且在动量传递方面非常有效。氩离子向目标材料加速，使原子脱落，然后沉积到基底上。
- 氖（Ne）:首选用于溅射轻元素，因为其原子量更接近于较轻目标材料的原子量，可确保有效的动量传递。
- 氪（Kr）和氙（Xe）:用于溅射较重的元素。这些气体的原子质量较高，因此能更有效地将动量传递给重型目标材料。
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溅射中的反应气体:
- 氧气 (O₂):在反应溅射中用于形成氧化物薄膜。氧离子与喷出的目标材料原子发生反应，在基底上沉积氧化物薄膜。
- 氮气 (N₂):用于制造氮化物薄膜。氮离子与目标材料发生反应，形成氮化物，这在需要坚硬、耐磨涂层的应用中非常有用。
- 乙炔 (C₂H₂):有时在反应溅射中用于沉积碳基薄膜，如类金刚石碳 (DLC) 涂层。
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反应溅射:
- 这种工艺是在溅射过程中使用反应气体与目标材料发生化学反应。生成的化合物（如氧化物、氮化物）以薄膜形式沉积在基底上。反应溅射对于形成具有特定化学和物理特性的薄膜至关重要。
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影响气体选择的因素:
- 原子权重匹配:为实现有效的动量传递，溅射气体的原子量应接近靶材料的原子量。这可确保气体离子能有效地移开靶原子。
- 化学反应性:根据沉积薄膜所需的化学成分选择反应气体。例如，氧化物薄膜使用氧气，氮化物薄膜使用氮气。
- 成本和供应:惰性气体（如氩气）因其成本低、供应广泛而受到青睐。不过，氪或氙等特种气体尽管成本较高，但也可用于特定用途。
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不同气体的应用:
- 氩气:广泛用于沉积金属和某些非金属薄膜的通用溅射。
- 氖:用于溅射铝或镁等轻元素。
- 氪和氙:用于溅射金或钨等重元素。
- 氧气和氮气:分别是沉积氧化物和氮化物薄膜所必需的，这些薄膜可用于从光学涂层到半导体器件等各种应用领域。
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使用反应气体的优势:
- 增强薄膜性能:反应溅射可沉积具有定制化学和物理特性的薄膜，如增加硬度、改善耐磨性或特定光学特性。
- 多功能性:通过惰性气体和活性气体的结合，可以沉积多种材料和化合物，使溅射技术成为各行各业的通用技术。
总之，溅射气体的选择取决于目标材料、所需的薄膜特性和具体应用。惰性气体（如氩气）是溅射工艺的基础，而活性气体则能沉积具有特殊性能的化合物薄膜。了解每种气体的作用及其与目标材料的相互作用对于优化溅射工艺和获得高质量薄膜至关重要。
汇总表：
| 气体类型 | 普通气体 | 主要应用 |
|---|---|---|
| 惰性气体 | 氩 (Ar)、氖 (Ne)、氪 (Kr)、氙 (Xe) | 通用溅射、轻/重元素沉积、动量传递优化 |
| 反应气体 | 氧气 (O₂)、氮气 (N₂)、乙炔 (C₂H₂) | 氧化物/氮化物薄膜沉积，用于定制化学特性的反应溅射 |
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