什么是溅射？薄膜沉积技术完全指南

溅射是一种物理气相沉积（PVD）技术，用于在基底上沉积材料薄膜。它包括在一个腔室中制造真空，引入惰性气体（通常为氩气），并施加高电压使气体电离。电离后的气体原子向目标材料加速，由于碰撞，原子从目标材料中喷射出来。这些喷出的原子随后穿过真空，沉积到基底上，形成一层薄而均匀的涂层。该工艺因其精确性和沉积各种材料的能力而广泛应用于半导体、光学和装饰涂层等行业。

要点说明：

真空创造:
- 溅射的第一步是在反应腔内形成真空，将压力降至约 1 帕（0.0000145 磅/平方英寸）。这样可以去除水分和杂质，确保沉积环境清洁。
- 真空是必不可少的，因为它可以最大限度地减少污染，并使惰性气体有效电离。
惰性气体的引入:
- 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，因为它是化学惰性气体，不会与目标材料或基底发生反应。
- 气体原子在接下来的步骤中被电离，以产生溅射所需的等离子体。
加热腔体:
- 根据沉积材料的不同，加热室的温度为 150°C 至 750°C（302°F 至 1382°F）。加热可提高涂层的附着力，并确保薄膜的均匀性。
- 更复杂的材料或为了提高薄膜的性能，通常会使用更高的温度。
产生磁场:
- 利用放置在目标材料周围的电磁铁产生磁场。该磁场可限制等离子体，并通过捕获靶材附近的电子来提高溅射过程的效率。
- 磁场增强了惰性气体的电离，从而提高了可用于溅射的离子密度。
气体原子的电离:
- 向带负电的目标施加高压（3-5 千伏）。该电压使氩气原子电离，产生带正电荷的氩离子和自由电子。
- 电离过程产生等离子体，这对溅射机制至关重要。
目标的轰击:
- 带正电荷的氩离子在电场的作用下加速冲向带负电荷的靶。当这些离子与靶相撞时，它们会将能量传递给靶原子。
- 这种能量转移导致靶原子从表面射出，这一过程被称为溅射。
溅射原子的传输:
- 由于压力较低，射出的靶原子在真空室中呈直线传播。这确保了原子在到达基底时不会产生明显的散射。
- 真空环境还能防止残留气体的污染。
在基底上沉积:
- 溅射原子在基底上凝结，形成薄膜。薄膜的厚度和均匀性取决于溅射速率、靶-基底距离和基底温度等因素。
- 生成的薄膜可牢固地附着在基底上，具有出色的机械、光学或电气性能。
溅射的优点:
- 溅射可以沉积多种材料，包括金属、合金和陶瓷。
- 它能生成高质量、均匀的薄膜，具有极佳的附着力和最小的缺陷。
- 该工艺具有可扩展性，可用于大面积涂层或复杂的几何形状。
溅射的应用:
- 溅射被广泛应用于半导体工业，为集成电路和微电子沉积薄膜。
- 它还用于光学领域的抗反射涂层、消费品的装饰涂层以及太阳能电池等能源应用。

通过这些步骤，溅射工艺可实现薄膜的精确和可控沉积，使其成为现代材料科学和制造业的基石。

汇总表：

步骤	说明
创造真空	将压力降至 ~1 Pa，去除杂质，确保环境清洁。
引入惰性气体	引入氩气是为了创造一种用于电离的低压气氛。
箱体加热	加热至 150°C-750°C，以提高附着力和薄膜均匀性。
产生磁场	限制等离子体，提高溅射效率。
气体电离	高压电离氩气，产生等离子体。
目标轰击	氩离子与目标碰撞，喷射出原子。
原子传输	溅射原子穿过真空到达基底。
沉积	原子在基底上凝结，形成一层均匀的薄膜。
优点	高质量、均匀的薄膜；可扩展；适用于金属、合金和陶瓷。
应用领域	半导体、光学、装饰涂层和太阳能电池。