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影響磁控濺射均勻性的因素

日期:2020-12-16 14:01:01 點擊:

                     影響磁控濺射均勻性的因素

  磁控濺射生成的薄膜厚度的均勻性是成膜性質的一項重要指標,因此有必要研究影響磁控濺射均勻性的因素,以更好的實現磁控濺射均勻鍍膜。簡單的說磁控濺射就是在正交的電磁場中,閉合的磁場束縛電子圍繞靶面做螺線運動,在運動過程中不斷撞擊工作氣體氬氣電離出大量的氬離子,氬離子在電場作用下加速轟擊靶材,濺射出呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。所以要實現均勻的鍍膜,就需要均勻的濺射出靶原子(或分子),這就要求轟擊靶材的氬離子是均勻的且是均勻的轟擊的。由于氬離子在電場作用下加速轟擊靶材,所以均勻轟擊很大程度上依賴電場的均勻。而氬離子來源于被閉合的磁場束縛的電子在運動中不斷撞擊的工作氣體氬氣,這就要求磁場均勻和工作氣體氬氣均勻。但是實際的磁控濺射裝置中,這些因素都是不均勻的,這就有必要研究他們不均勻對成膜均勻性的影響。

 

磁場不均勻的影響

由于實際的磁控濺射裝置中電場和磁場不是處處均勻的,也不是處處正交的,都是空間的函數。寫出的三維運動方程表達式是不可解的,至少沒有初等函數的解。所以磁場的不均勻性對離子的影響,也即對成膜不均勻性的影響是難以計算的,最好的方法就是配合實驗具體分析。圖1是用中頻孿生靶柔性卷繞磁控濺射鍍膜裝置實驗得出的靶磁場均勻性和成膜厚度均勻性的對應關系。

氣體不均勻性的影響

一般來說氣體不均勻可以由兩種情況產生,一種是送氣不均勻,另一種就是抽氣不均勻。


靶基距、氣壓的影響

靶基距也是影響磁控濺射薄膜厚度均勻性的重要工藝參數,薄膜厚度均勻性在一定范圍內隨著靶基距的增大有提高的趨勢,濺射工作氣壓也是影響薄膜厚度均勻性重要因素 。但是,這種均勻是在小范圍內的,因為增大靶基距產生的均勻性是增加靶上的一點對應的基材上的面積產生的,而增加工作氣壓是由于增加粒子散射產生的,顯然,這些因素只能在小面積范圍內起作用。

結論:

磁場的均勻性和工作氣體的均勻性是影響成膜均勻性的主要因素。磁場大的位置膜厚,反之膜薄,靶的長度方向的磁場分量也會對鍍膜厚度均勻性產生影響;氣壓大的位置膜厚,反之膜薄。由于磁場不可能絕對理想,那么就存在不均勻,而膜層厚度和氣壓的關系使調節氣壓不均勻來補償磁場不均勻成為可能。另外,還可以配合調整靶基距和工作氣體壓強的方法在一定程度上使膜層均勻。


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