溅射工艺是一种广泛使用的物理气相沉积（PVD）技术，用于在基底上沉积材料薄膜。它包括创造真空环境，引入惰性气体（通常为氩气），并产生等离子体使气体电离。然后，这些离子被加速冲向目标材料，使原子从目标材料中喷射出来并沉积到基底上。该工艺用途广泛，可在各种基底上沉积导电、绝缘或化学纯材料。由于其精确性和生产高质量、均匀薄膜的能力，它被广泛应用于半导体、光学和涂层等行业。
要点说明：
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真空创建和准备:
- 该工艺首先在反应腔内形成真空，将压力降至约 1 帕（0.0000145 磅/平方英寸）。这一步骤可去除水分和杂质，确保沉积环境清洁。
- 为避免残留气体污染，降低压力是必不可少的，因为残留气体会影响沉积薄膜的质量。
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引入惰性气体:
- 将惰性气体（通常为氩气）引入腔室，以产生低压气氛。氩气是首选，因为它具有化学惰性，不会与目标材料或基底发生反应。
- 气体压力通常保持在 10^-1 到 10^-3 毫巴之间，具体取决于具体应用。
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等离子体生成:
- 等离子体是通过高压（3-5 千伏）或电磁激励电离惰性气体产生的。这使氩原子电离，产生带正电荷的氩离子（Ar+）和自由电子。
- 利用磁场对等离子体进行限制和控制，从而提高溅射过程的效率。
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目标的离子轰击:
- 作为阴极的靶材料带负电。这就吸引了带正电的氩离子，并将其加速推向靶材。
- 当离子与目标碰撞时，它们会传递能量，导致原子或分子从目标表面喷射出来，这个过程被称为 "溅射"。
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溅射材料的传输和沉积:
- 喷射出的原子或分子穿过低压环境，沉积到基底上，形成薄膜。
- 基底通常位于目标的对面，以确保均匀沉积。可以通过调整压力、温度和电压等参数来优化工艺。
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溅射的优点:
- 多功能性:溅射可将金属、合金、氧化物和绝缘体等多种材料沉积到几乎任何基底上。
- 高纯度:由于该工艺不涉及化学反应，因此生产的涂层化学性质纯净。
- 均匀性:溅射可精确控制薄膜厚度和均匀性，因此非常适合需要高质量涂层的应用。
- 低温:虽然加热腔体（150-750°C）可以增强附着力，但许多溅射过程都可以在室温或接近室温的条件下进行，因此适用于对温度敏感的基底。
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溅射的应用:
- 半导体:用于沉积集成电路和微电子中的导电和绝缘材料薄膜。
- 光学:用于生产抗反射涂层、反射镜和滤光片。
- 涂层:用于工具、汽车零件和消费品的耐磨、耐腐蚀和装饰涂层。
- 能源:用于制造太阳能电池和电池组件。
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工艺变化:
- 磁控溅射:利用磁场提高等离子体的密度，从而提高沉积率和薄膜质量。
- 反应溅射:引入活性气体（如氧气或氮气），在沉积过程中形成化合物薄膜（如氧化物或氮化物）。
- 离子束溅射:使用聚焦离子束溅射靶材，为特殊应用提供更高的精度。
通过了解这些要点，设备和耗材采购人员可以更好地评估适合其特定需求的溅射工艺，确保在应用中实现最佳性能和成本效益。
汇总表：
| 主要方面 | 详细信息 |
|---|---|
| 创造真空 | 压力降低到 ~1 Pa，以去除杂质，确保环境清洁。 |
| 引入惰性气体 | 在 10^-1 至 10^-3 毫巴范围内引入氩气，用于制造低压气氛。 |
| 等离子体生成 | 利用高压（3-5 千伏）或电磁激励产生氩离子。 |
| 离子轰击 | 带正电荷的离子加速冲向带负电荷的目标。 |
| 材料沉积 | 喷射出的原子沉积在基底上，形成均匀的薄膜。 |
| 优点 | 用途广泛、纯度高、涂层均匀、加工温度低。 |
| 应用领域 | 半导体、光学、涂层和能源（如太阳能电池）。 |
| 工艺变化 | 用于特殊应用的磁控溅射、反应溅射和离子束溅射。 |
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