什么是磁控共溅射工艺？薄膜沉积指南

磁控溅射工艺是一种广泛使用的薄膜沉积技术，包括利用磁场和等离子环境将材料从靶材喷射到基底上。首先将惰性气体（通常为氩气）引入真空室。施加高压产生等离子体，使氩气电离。然后，带正电荷的氩离子被带负电荷的目标材料吸引，导致原子从目标材料中喷射出来。这些射出的原子穿过真空，沉积到基底上，形成薄膜。磁铁可产生磁场，捕获电子并提高离子生成效率，从而强化了这一过程。这种方法用途广泛，与多种材料兼容，沉积率高。

要点说明：

惰性气体简介:
- 该工艺首先将惰性气体（通常为氩气）引入真空室。这种气体对于产生溅射所需的等离子体至关重要。之所以选择氩气，是因为它具有化学惰性，在外加电压下很容易电离。
等离子体的产生:
- 向系统施加高压，在目标磁场附近产生气态等离子体。该等离子体由氩气原子、氩离子和自由电子组成。等离子体对于产生轰击目标材料的离子至关重要。
离子轰击和溅射:
- 带正电荷的氩离子被带负电荷的靶材料吸引。当这些离子与靶材碰撞时，会从靶材表面喷射出原子。这一过程被称为溅射。喷射出的原子可以自由地穿过真空室。
磁场增强:
- 在阴极/靶后面放置一组永久磁铁以产生磁场。该磁场可捕获靶附近的电子，从而提高离子生成效率并强化溅射过程。磁场还有助于控制带电粒子的速度和方向。
在基底上沉积:
- 从靶中喷射出的原子穿过真空，沉积到基底表面。这种沉积会在基底上形成一层薄膜。基片通常放置在沉积室的支架上，以确保涂层均匀。
磁控溅射的优点:
- 高沉积率:磁场增加了等离子体的密度，与其他溅射方法相比，沉积率更高。
- 材料多样性:磁控溅射与多种材料兼容，包括金属、合金和化合物。它可以沉积材料，而不需要材料熔化或蒸发。
- 保持成分:该工艺可在保持化合物和合金原始成分的情况下进行沉积，这对于要求材料具有精确特性的应用来说至关重要。
历史背景和演变:
- 溅射技术最早出现于十九世纪五十年代，但在二十世纪四十年代，二极管溅射技术开始具有商业价值。然而，二极管溅射法存在沉积率低、成本高的局限性。1974 年，磁控溅射技术作为一种改进的替代技术问世，可提供更高的沉积率和更广泛的应用。
系统的主要组件:
- 基板支架:在沉积过程中固定基底。
- 装载锁定室:允许在不破坏主室真空的情况下引入和移除基底。
- 沉积室:发生溅射过程的主腔。
- 带靶材的溅射枪:沉积材料的来源。
- 强力磁铁:产生工艺所需的磁场。
- 氩气流系统:将氩气引入腔体并控制其流量。
- 高压直流电源:启动和维护血浆。

了解了这些要点，我们就能理解磁控溅射工艺的复杂性和高效性，从而使其成为各种工业和研究应用中首选的薄膜沉积方法。

汇总表：

关键方面	描述
惰性气体	将氩气引入真空室以产生等离子体。
等离子体的产生	高压电离氩气，产生等离子体用于离子轰击。
离子轰击	氩离子与目标碰撞，喷射出原子进行沉积。
磁场	磁铁可捕获电子，提高离子生成和溅射效率。
沉积	喷射出的原子沉积在基底上，形成薄膜。
优点	高沉积率、材料多样性和保持成分不变。
关键部件	基片支架、负载锁定室、溅射枪、磁铁、氩气流系统。