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                                 直流濺射，直流磁控濺射，射頻磁控濺射的區(qū)別 

                                                                              編寫人：孫琴琴

1、濺射源不同： 依據(jù)濺射源的不同，磁控濺射還有直流和射頻之分。兩者主要區(qū)別就在氣體放電方 式的不同。 直流磁控濺射利用的是直流輝光放電，初始電子加速碰撞 Ar 形成氬離子和另一個 電子(α過程)，而氬離子在電場作用下加速碰撞陰極(靶材)也會形成二次電子發(fā)射(γ過 程)，當放電達到穩(wěn)定后進入輝光放電階段。 射頻磁控濺射利用的是射頻放電，帶電粒子在電極間往復震蕩并相互碰撞電離，電 極無需與等離子體接觸也能維持放電。

2、磁控濺射特點： 直流濺射又稱為陰極濺射或二極濺射。直流濺射過程中，濺射氣壓是一個重要的參 數(shù)，對濺射速率以及薄膜的質(zhì)量都有很大的影響。在氣壓低于 1Pa 時，不容易維持自持 放電。這是由于在較低的氣壓條件下，電子的自由程較長，電子在陽極上消失的幾率較 大，通過碰撞過程引起氣體分子電離的幾率較低。并且離子在陽極上濺射的同時發(fā)射出 二次電子的幾率又由于氣壓較低而相對較小。 隨著氣體壓力的升高，電子的平均自由程減小，原子的電離幾率增加，濺射電流增 加，濺射速率提高。 但當氣體壓力過高時，濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將會受到過多的散 射，部分濺射原子甚至會被散射至靶材表面沉積下來，因而其沉積在襯底上的幾率反而 下降。磁控濺射的特點是濺射電壓大大下降，濺射速率明顯提高，另外濺射氣壓可以較低， 通常在 0.5Pa。磁控濺射是在二極直流濺射的基礎上，在靶表面附近增加一個磁場。電 子由于受電場和磁場的作用，做螺旋運動，大大提高了電子的壽命，增加了電離產(chǎn)額， 從而放電區(qū)的電離度提高，即離子和電子的密度增加。放電區(qū)集中在靶表面，放電區(qū)中 的離子密度高，所以入射到靶表面的離子密度大大提高，因而濺射產(chǎn)額大大增加。 

3、對靶材的選擇不同： 直流濺射需要靶材具有良好的導電性，對于非金屬靶材，需要極高的電壓，不容易 實現(xiàn)，因此射頻濺射方法出現(xiàn)：將一負電位加在置于絕緣板背面的導體上，在輝光放電 的等離子體中，當正離子向?qū)w板加速飛行時，轟擊絕緣板使其濺射。這種濺射只能維持 10-7 秒的時間，此后在絕緣板上積累的正電荷形成的正電位抵消了導體板上的負電 位，因此停止了高能正離子對絕緣板的轟擊。此時，如果倒轉(zhuǎn)電源極性，電子就會轟擊 絕緣板，并在 10-9 秒的時間內(nèi)中和掉絕緣板上的正電荷，使其電位為零。這時，再倒 裝電源極性，又能產(chǎn)生 10-7 秒時間的濺射。實際濺射工藝的濺射時間至少需要 100 秒， 因此必須使電源極性倒轉(zhuǎn)率 f≥107 次/秒。該頻率的極性轉(zhuǎn)換可利用射頻發(fā)生器完成，濺 射法使用的高頻電源的頻率已屬于射頻的范圍，其頻率區(qū)間一般為 5 ~ 30MHz。國際上 通常采用的射頻頻率多為美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）建議的 13.56 MHz。

4、濺射條件不同： 直流濺射典型的濺射條件為，濺射氣壓 8－14Pa，濺射靶電壓 3000V，靶電流密度 0.5mA/cm2，薄膜沉積速度低于 0.1mm/min。 磁控濺射方法典型的工作條件為：濺射氣壓 0.5Pa，靶電壓 600V，靶電流密度 20mA/cm2，薄膜沉積速率 2mm/min。 射頻濺射典型的數(shù)值為 1.0Pa 和 1000V，靶電流密度約 1.0mA/cm2，薄膜的沉積速 率約為 0.5mm/min。 三者對比：二級濺射已經(jīng)很少用了，磁控濺射應用非常廣泛，而對于陶瓷靶材等非 金屬靶材，一般采用射頻濺射。