什么是传统溅射法？精密薄膜沉积详解

传统的溅射法是一种广泛使用的薄膜沉积技术，原子在高能离子轰击下从固体靶材料中喷射出来。这些喷射出的原子随后沉积到基底上，形成薄膜。该工艺通常包括创造真空环境，引入氩气等惰性气体，电离气体形成等离子体，并利用产生的离子溅射目标材料。这种方法非常精确，常用于半导体、光学和涂层等行业。

要点说明：

真空环境创造:
- 该工艺首先在反应腔内形成真空，以消除杂质和水分。这可确保均匀沉积的受控环境。
- 压力通常会降低到 1 帕（0.0000145 磅/平方英寸）左右。
引入惰性气体:
- 将惰性气体（通常为氩气）以低压引入腔室。之所以选择这种气体，是因为它不发生化学反应，可以防止目标材料受到污染。
- 压力范围通常在 10^-1 到 10^-3 毫巴之间。
等离子体生成:
- 使用高电压（3-5 千伏）电离氩气，产生由 Ar+ 离子组成的等离子体。
- 利用磁场将等离子体限制在目标周围并加速，从而提高溅射过程的效率。
离子轰击和溅射:
- 带正电荷的氩离子被加速冲向带负电荷的靶子（阴极）。
- 当这些高能离子撞击靶材时，它们会传递能量，导致原子从靶材表面喷射出来。这种现象被称为溅射。
溅射原子的传输:
- 喷射出的原子穿过低压环境，沉积到基底上。
- 这种传输发生在压力降低的区域，确保干扰和污染最小。
薄膜形成:
- 溅射原子在基底上凝结，形成薄膜。
- 薄膜的特性，如厚度和均匀性，可通过调整气体压力、电压和靶与基底的距离等参数来精确控制。
加热（可选）:
- 在某些情况下，腔体会被加热到 150°C 至 750°C （302°F 至 1382°F），以提高沉积薄膜的附着力和质量。
常见溅射技术:
- 磁控溅射:利用磁场提高等离子体密度和溅射效率。
- 直流溅射:直流电用于产生等离子体和溅射目标材料。
- 射频溅射:使用无线电频率电离气体，适用于绝缘材料。
- 反应溅射:包括引入活性气体（如氧气或氮气）以形成化合物薄膜。
应用:
- 传统的溅射方法用于各种行业，包括
  - 半导体:用于在集成电路中沉积薄膜。
  - 光学:用于制作防反射和反射涂层。
  - 涂层:用于工具和部件的耐磨和装饰涂层。

按照这些步骤，传统溅射法可确保精确和高质量的薄膜沉积，使其成为现代制造和材料科学的基石。

汇总表：

关键步骤	详细内容
真空环境	压力降低至 ~1 Pa，实现无杂质、可控沉积。
引入惰性气体	引入 10^-1 至 10^-3 毫巴的氩气，以防止污染。
等离子体生成	3-5 kV 电压电离氩气，形成 Ar+ 等离子体，实现高效溅射。
离子轰击	Ar+ 离子撞击目标，将原子喷射到基底上。
薄膜形成	溅射原子冷凝，形成可精确控制的均匀薄膜。
加热（可选）	箱体加热至 150°C-750°C，以提高薄膜的附着力和质量。
常用技术	磁控溅射、直流溅射、射频溅射和反应溅射，可满足各种材料需求。
应用领域	半导体、光学和耐磨涂层。