溅射镀膜机理介绍

       所谓“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象。射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需动能，因此大多采用离子作为轰击粒子，该粒子又称入射离子。由于直接实现溅射的机构是离子，所以这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜或淀积。与此相反，利用溅射也可以进行刻蚀。淀积和刻蚀是溅射过程的两种应用。溅射这一物理现象是130多年前格洛夫(Grove)发现的，现已广泛地应用于各种薄膜的制备之中如用于制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质薄膜，以及化合物半导体薄膜、碳化物及氮化物薄膜，乃至高 T超导薄膜等。

       溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比，有如下的特点:

       1)任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。不论是金属、半导体、绝缘体、化合物和混合物等，只要是固体，不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材。

       由于溅射氧化物等绝缘材料和合金时，几乎不发生分解和分馏，所以可用于制备与靶材料组分相近的薄膜和组分均匀的合金膜，乃至成分复杂的超导薄膜。

       此外，采用反应溅射法还可制得与靶材完全不同的化合物薄膜，如氧化物氮化物、碳化物和硅化物等。

       2) 溅射膜与基板之间的附着性好。由于溅射原子的能量比蒸发原子能量高1~2个数量级，因此，高能粒子淀积在基板上进行能量转换，产生较高的热能增强了溅射原子与基板的附着力。加之，一部分高能量的溅射原子将产生不同程度的注入现象，在基板上形成一层溅射原子与基板材料原子相互“混溶”的所谓伪扩散层。此外，在溅射粒子的轰击过程中，基板始终处于等离子区中，被清洗和激活，清除了附着不牢的淀积原子，净化且活化基板表面。因此，使得溅射膜层与基板的附着力大大增强。

       3) 溅射镀膜密度高、针孔少，且膜层的纯度较高，因为在油射镀膜过程中不存在真空蒸镀时无法避免的塌污染现象。

       4) 膜厚可控性和重复性好。由于溅射镀膜时的放电电流和靶电流可以分别控制，通过控制靶电流则可控制膜厚。所以，油射镀膜的膜厚可控性和多次溅射的膜厚再现性好，能够有效地镀制预定厚度的薄膜。此外，溅射镀膜还可以在较大面积上获得厚度均匀的薄膜。

       溅射镀膜(主要是二极溅射) 的缺点是:溅射设备复杂、需要高压装置;溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.1~5m/min，而溅射速率则为0.01~0.5m/min;基板温升较高和易受杂质气体影响等。但是，由于射频溅射和磁控溅射技术的发展，在实现快速溅射淀积和降低基板温度方面已获得了很大的进步。