溅射工艺使用惰性气体和活性气体，具体取决于所需的结果和目标材料的特性。由于惰性气体（如氩气）不具有化学反应性和高效的动量传递特性，因此最常用。轻元素首选氖，重元素则使用氪或氙，以确保有效溅射。氧气、氮气或乙炔等反应性气体用于在溅射过程中通过化学反应生成氧化物、氮化物或碳化物等化合物薄膜。气体的选择取决于目标材料、所需薄膜成分以及应用的具体要求。
要点说明：
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溅射中的惰性气体:
- 氩气 (Ar):氩气是溅射过程中最常用的惰性气体，具有高可用性、低成本和高效的动量传递特性。氩是化学惰性气体，这意味着它不会与目标材料发生反应，因此非常适合沉积纯金属膜。
- 氖（Ne）:用于溅射轻元素，因为其原子量更接近于较轻目标材料的原子量，可确保有效的能量传递。
- 氪（Kr）和氙（Xe）:这些较重的惰性气体用于溅射重元素。它们的原子量较大，因此能更有效地将动量传递给较重的目标原子。
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溅射中的反应气体:
- 氧气 (O₂):用于沉积氧化物薄膜。当氧气与溅射材料发生反应时，会形成氧化铝 (Al₂O₃) 或二氧化钛 (TiO₂) 等化合物。
- 氮气 (N₂):用于制造氮化膜，如氮化钛 (TiN) 或氮化硅 (Si₃N₄)，通常用于提高硬度和耐磨性。
- 乙炔 (C₂H₂):在反应溅射中用于沉积碳化物薄膜，如碳化钛 (TiC)，这种薄膜具有耐久性和热稳定性。
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动量传递注意事项:
- 溅射过程的效率取决于溅射气体离子与目标材料原子之间的动量传递。为获得最佳效果，溅射气体的原子量应接近目标材料的原子量。
- 轻元素:氖是首选，因为它的原子量与轻元素相似，可确保有效的能量传递。
- 重元素:重元素使用氪或氙，因为它们的原子量更大，与目标材料更匹配。
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反应溅射工艺:
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反应溅射是指使用反应气体与溅射材料发生化学反应，在基底上形成化合物。这一过程有三种方式：
- 在目标表面:在溅射之前，反应气体与目标材料发生反应。
- 飞行中:反应气体在溅射原子向基底移动的过程中与之发生反应。
- 在基底上:反应气体与基底表面的沉积材料发生反应。
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反应溅射是指使用反应气体与溅射材料发生化学反应，在基底上形成化合物。这一过程有三种方式：
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使用惰性气体的优点:
- 化学惰性:惰性气体不会与目标材料发生反应，确保沉积出纯净的金属膜。
- 可控沉积:由于不需要化学反应，因此可以精确控制沉积过程，从而更容易获得所需的薄膜特性。
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使用反应气体的优势:
- 化合物形成:反应气体可沉积具有特定性能（如硬度、耐磨性或光学特性）的化合物薄膜。
- 多功能性:反应溅射可沉积多种化合物，因此是一种用途广泛的技术，可用于各种应用，包括切削工具涂层、光学涂层和半导体器件。
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溅射气体的选择标准:
- 目标材料:气体的选择取决于目标材料的原子量和化学特性。
- 所需的薄膜成分:使用的气体类型将决定沉积薄膜是纯金属还是化合物。
- 工艺参数:压力、温度和气体流速等因素会影响气体的选择和溅射工艺的结果。
总之，溅射工艺采用惰性气体和活性气体的组合来实现特定的薄膜特性和成分。惰性气体（如氩气、氖气、氪气和氙气）因其有效的动量传递和无化学反应性而被使用，而反应性气体（如氧气、氮气和乙炔）则用于沉积具有定制特性的化合物薄膜。选择合适的气体取决于目标材料、所需的薄膜成分和应用的具体要求。
汇总表：
| 气体类型 | 示例 | 主要用途 |
|---|---|---|
| 惰性气体 | 氩气 (Ar)、氖气 (Ne)、氪气 (Kr)、氙气 (Xe) | 有效的动量传递；纯金属薄膜的理想选择。轻元素用氖，重元素用 Kr/Xe。 |
| 反应气体 | 氧气 (O₂)、氮气 (N₂)、乙炔 (C₂H₂) | 形成具有定制特性的化合物薄膜（氧化物、氮化物、碳化物）。 |
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