直流溅射与射频溅射有何区别？为您的材料选择正确的技术

根本区别在于用于产生等离子体的电源类型。直流（DC）溅射使用稳定的高压直流电源，因此适用于导电材料。射频（RF）溅射使用高频交流电源，它通过防止电荷在靶材上致命积聚，从而能够沉积绝缘、非导电材料。

在直流和射频溅射之间做出的核心决定完全取决于您的靶材的电气特性。直流是导体快速、简单的工艺，而射频是沉积绝缘体的必要解决方案。

电荷积聚问题

直流和射频之间的选择并非随意的；它解决了溅射过程中出现的根本物理问题。理解这个问题是理解这些技术的关键。

在标准的直流溅射系统中，您想要沉积的材料（靶材）被施加一个很强的负直流电压，使其成为阴极。

反应腔内充满惰性气体，如氩气。高电压点燃等离子体，产生带正电的氩离子。这些正离子被积极地加速射向带负电的靶材，以足够的力撞击靶材，将原子撞击下来，这些原子随后沉积在您的基板上。

只要靶材是导电的，这个过程就能完美运行。导电靶材可以轻松地消散不断到达的氩离子带来的正电荷。

如果您尝试对绝缘靶材（如陶瓷）使用此方法，正电荷会迅速积聚在其表面。这种积聚，通常称为“靶材中毒”，最终会排斥进入的氩离子，从而熄灭等离子体并完全停止溅射过程。

射频溅射通过使用以射频（通常为 13.56 MHz）交替极性的交流电源来解决这个问题。

这种快速切换意味着靶材只在很短的时间内带负电。在这个负半周期内，离子轰击和溅射就像在直流系统中一样发生。

至关重要的是，在随后的正半周期内，靶材会从等离子体中吸引大量的电子。这些电子会立即中和在溅射阶段积聚的正电荷。这种在每个周期上的“自清洁”作用防止了电荷积聚，从而可以连续溅射绝缘材料。

电源的不同导致了两种方法之间其他几个重要的操作区别。

这是决定性因素。直流溅射主要用于导电材料，如大多数金属和透明导电氧化物。射频溅射用于非导电材料，如陶瓷、氧化物和其他电介质。

射频场更有效地激发电子以维持等离子体。因此，与直流溅射（接近 100 mTorr）相比，射频溅射可以在低得多的气体压力下运行（通常低于 15 mTorr）。

较低的压力减少了溅射原子在到达基板的途中与气体分子碰撞的可能性。这导致了更直接的视线沉积，从而可能获得更高质量的薄膜。

对于两种方法都可以沉积的材料（导体），直流溅射通常提供更高的沉积速率。其功率输送更直接、更有效率。

由于交替循环及其电源系统的复杂性，射频溅射的效率通常较低，导致沉积速度较慢。

直流溅射电源是一个相对简单的直流高压源。射频系统更复杂，需要在电源和反应腔之间设置阻抗匹配网络，以确保高效的功率传输到等离子体中。

选择一种方法需要根据您的具体目标来平衡每种技术的能力。

对于导电薄膜，直流溅射是明确的选择。它是一个更快、更高效、更简单的过程，可以沉积高质量的金属层。它唯一的主要限制是无法处理绝缘体。

射频溅射的主要优点是它能够沉积几乎任何材料，无论其导电性如何。这种通用性使其对于生产先进的光学涂层、电介质层和复杂陶瓷薄膜至关重要。

这种通用性是以牺牲较慢的沉积速率以及更复杂和昂贵的系统为代价的。与简单的直流设置相比，射频电源及其所需的阻抗匹配网络代表了系统复杂性的显著增加。

您的决定应直接基于您打算沉积的材料的电学特性。

最终，选择正确的溅射技术是根据材料的基本特性来匹配工具。