溅射是一种物理气相沉积(PVD)工艺,原子在高能粒子(通常是离子)的轰击下从固体目标材料中喷射出来。该工艺用于在基底上沉积薄膜,是各行各业进行涂层和材料改性的重要技术。
溅射工艺的机理:
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设置和初始化:
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工艺开始于真空室,在真空室中引入受控气体,通常是氩气。靶材是待沉积原子的来源,带负电荷并充当阴极。这种设置是创造等离子环境所必需的。等离子体的产生:
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阴极通电后会产生自由电子。这些电子与氩气原子碰撞,使其电离成氩离子和更多自由电子。这一电离过程使等离子体得以维持,等离子体是带电粒子的混合物。
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离子轰击:
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氩离子带正电,在电场的作用下被加速冲向带负电的目标(阴极)。当这些离子撞击靶表面时,会将其动能传递给靶原子。原子弹射:
- 如果离子传递的能量足够大,就会克服靶原子的结合能,使它们从表面弹射出来。这种抛射是由于动量传递和随后在目标材料内的碰撞造成的。在基底上沉积:
- 喷射出的原子以直线运动,沉积到位于这些喷射粒子路径上的附近基底上。这样就在基底上形成了一层目标材料薄膜。
- 影响溅射的因素:入射离子的能量:
能量较高的离子可以更深地穿透目标材料,增加原子喷射的可能性。入射离子和靶原子的质量:
离子和靶原子的质量会影响动量传递效率。