真空溅镀原理

主要主要利用辉光放电(glow discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面, 靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜来的好,但是镀膜速度却比蒸镀慢很多。新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化, 造成靶与氩气离子间的撞击机率增加, 提高溅镀速率。一般金属镀膜大都采用直流溅镀,而不导电的陶磁材料则使用RF交流溅镀,基本的原理是在真空中利用辉光放电(glow discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面，电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面，这个冲击将使靶材的物质飞出而沉积在基板上形成薄膜。
一般来说，利用溅镀制程进行薄膜披覆有几项特点：

(1)金属、合金或绝缘物均可做成薄膜材料。

(2)再适当的设定条件下可将多元复杂的靶材制作出同一组成的薄膜。

(3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体，可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。

(4)靶材输入电流及溅射时间可以控制，容易得到高精度的膜厚。

(5)较其它制程利于生产大面积的均一薄膜。
(6)溅射粒子几不受重力影响，靶材与基板位置可自由安排。

(7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上，且由于溅射粒子带有高能量，在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜，同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。

(8)薄膜形成初期成核密度高，可生产10nm以下的极薄连续膜。

(9)靶材的寿命长，可长时间自动化连续生产。

(10)靶材可制作成各种形状，配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

 

磁控溅射原理电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。 在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已、

离子镀的种类是多种多样的。由于不同类型的离子镀方法采用不同的真空镀：镀料气化采用不同的加热蒸发方式：蒸发粒子及反应气体采用不同的电离及激发方式等。具体可分为气体放电等离子体离子镀、射频放电离子镀、空心阴极放电离子镀、多孤离子镀（阴极电弧离子镀）。
1、气体放电等离子体离子镀
其设备与真空蒸镀设备基本类似，蒸发源与基材的距离为20~40cm。工件架对地是绝缘的，可对工件架加负偏压。向真空室充以氩气，当气压达一定值，电压梯度适当时，在蒸发源与基材之间就会产生辉光放电，蒸发便在气体放电中进行，氩气离子和镀料离子加速飞向基材，即在离子轰击的同时凝结形成质量较高的膜。
2、空心阴极放电离子镀
利用空心热阴极放电产生等离子体。空心钽管作为阴极，辅助阳极距阴极较近，二 者作为引燃孤光放电的两极。阳极是镀料。弧光放电时，电子轰击阳极镀料，使其熔化
而实现蒸镀。蒸镀时基片加上负偏压即可从等离子体中吸引氩离子向基片轰击，实现离子镀。

3、磁控溅射
电子在电场有作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。
4、电弧镀膜
电弧离子镀的原理是基于冷阴极自持真空弧光放电理论。在电弧源离子镀中，以镀膜材料作为靶极（阴极），借助引孤装置，使靶表面产生弧光放电。采用低电压、大电流、电弧放电技术，利用气体放电或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子轰击下，将被蒸发物质或其反应产物沉积在基片上。它是一种自蒸发自离化式固体蒸发源。这种蒸发源可蒸镀金属材料、合金材料，也可进行反应离子镀，如TiN、TiC、（TiAl）N、ZrN、等超硬膜，Al、Ag、Cu高低温耐蚀膜、不锈钢、黄铜、镍铬、（TiAl）N、Ti、Cr等装饰保护膜等。
在电弧镀膜、空心阴极镀膜、、磁控溅射、离子束镀膜等这许多方法中，其中电弧镀膜被子认为最具有市场价值。他运用了等离子体真空镀膜原理，将电弧镀技术与磁控离子镀技术融合一体，实现多功能镀膜的目的。

磁控溅射原理电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。 在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已