直流溅射和射频溅射有什么区别？为您的材料选择正确的方法

直流溅射和射频溅射之间的根本区别在于所使用的电源类型，这直接决定了可以沉积的材料类型。直流（DC）溅射使用恒定电压来溅射导电靶材，而射频（RF）溅射使用交变高频电压，这使得溅射绝缘靶材成为可能。

直流溅射和射频溅射之间的核心决定不在于哪种方法更优越，而在于哪种方法与您的靶材的电学特性兼容。直流溅射是用于金属的简单、快速且高效的工艺，而射频溅射是绝缘体的基本解决方案，可防止靶材表面产生导致工艺中断的电荷积聚。

电荷问题：为何存在两种方法

需要两种不同的溅射方法归结为一个简单的电学问题：当用正离子轰击绝缘表面时会发生什么。

在标准直流系统中，高负直流电压施加到靶材上，靶材充当阴极。这会产生正电荷离子（通常是氩气）的等离子体，这些离子被强烈加速冲向带负电荷的靶材。

这些离子的高能撞击会物理地将原子从靶材上敲落，然后这些原子穿过真空室涂覆到您的基底上。只要靶材是导电的，允许来自离子的正电荷被中和，这个过程就是连续且高效的。

如果您尝试对非导电（绝缘）靶材（如陶瓷）使用直流溅射，该过程会迅速失败。正离子撞击靶材表面，它们的电荷会积聚，因为绝缘材料无法将其传导走。

这种在靶材表面积聚的正电荷，称为靶材中毒或充电，会产生正电势，从而排斥来自等离子体的入射正离子。这会有效地停止溅射过程，并可能导致破坏性电弧。

射频溅射通过使用高频交变电压来克服这一挑战，通常固定在 13.56 MHz。这种交变电场使靶材在带负电和带正电之间快速切换。

在周期的负半部分，靶材吸引正离子，导致溅射，就像在直流系统中一样。关键是，在周期的正半部分，靶材吸引来自等离子体的电子。这些电子涌向表面并中和在上一半周期中积聚的正电荷。这种快速切换可防止电荷积聚，从而实现绝缘材料的连续、稳定溅射。

直流电源和射频电源的选择对溅射过程有几个直接影响。

这是最关键的区别。直流溅射仅限于导电材料，如金属和透明导电氧化物。

射频溅射用途广泛，能够沉积绝缘材料，如陶瓷（例如，氧化铝、二氧化硅）和其他介电材料。它也可以沉积导电材料，尽管通常效率低于直流溅射。

对于两种方法都可以溅射的给定材料（即金属），直流溅射通常提供更高的沉积速率。这是因为功率持续用于加速离子以进行溅射。

在射频溅射中，每个周期的一部分用于电子轰击以中和电荷，而不是用于溅射，这导致相对较低的沉积速率。

直流溅射系统更简单且更具成本效益。它们由一个简单的直流高压电源组成。

射频系统更复杂且昂贵。它们需要专用的射频电源和阻抗匹配网络，以确保射频功率有效传输到等离子体，而不是反射回源。

射频能量在维持等离子体方面更有效。因此，射频溅射可以在比直流溅射更低的气压下运行（通常低于 15 mTorr）。

在较低压力下操作会增加溅射原子的平均自由程。这减少了它们在到达基底的途中与气体分子碰撞的可能性，从而可以产生更纯净、更致密、更高质量的薄膜。

最终，正确的技术取决于您的具体材料和性能要求。

您的选择取决于您的源材料的基本电学特性和您所需的薄膜特性。