磁控溅镀原理

Sputter在辞典中意思为：(植物)溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。溅 镀现象，自19世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将成为可用之物。    薄膜制作的应用研究，当初主要为Bell Lab.及Western Electric公司，于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。     

而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具(内部机构)。这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。

Sputter(磁控溅镀)原理

磁控溅射的工作原理如下图所示;电子在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子，电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。二次电子el一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。为了便于说明电子的运动情况，可以近似认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用;一旦进入负辉区就只受磁场作用。于是，从靶面发出的二次电子，首先在阴极暗区受到电场加速，飞向负辉区。进入负辉区的电子具有一定速度，并且是垂直于磁力线运动的。在这种情况下，电子由于受到磁场B洛仑兹力的作用，而绕磁力线旋转。电子旋转半圈之后，重新进入阴极暗区，受到电场减速。当电子接近靶面时，速度即可降到零。以后，电子又在电场的作用下，再次飞离靶面，开始一个新的运动周期。电子就这样周而复始，跳跃式地朝着E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移(见下图)。简称E×B漂移。

电子在正交电磁场作用下的运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面作圆周运动。二次电子在环状磁场的控制下，运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，在该区中电离出大量的Ar+离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射淀积速率高的特点。随着碰撞次数的增加，电子e1的能量消耗殆尽，逐步远离靶面。并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传给基片的能量很小，致使基片温升较低。另外，对于e2类电子来说，由于磁极轴线处的电场与磁场平行，电子e2将直接飞向基片，但是在磁极轴线处离子密度很低，所以e2电子很少，对基片温升作用极微。     综上所述，磁控溅射的基本原理，就是以磁场来改变电子的运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用了电子的能量。因此，使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同时，受正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量要耗尽时才沉积在基片上。这就是磁控溅射具有“低温”，“高速”两大特点的道理。具体应用于Sputter磁控溅射中之情形如下图所示。