表面磁场分布对磁控管放电特性的影响文献综述

 2021-09-25 20:22:00

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文献综述

表面磁场分布对磁控管放电的影响

1.前言

磁控溅射技术具有参数调节方便、稳定性好、沉积速率快等优点在实验和生产中得到了广泛应用。但由于其特殊的机制，使得在一般的平面磁控装置上难以制备磁性薄膜，特别是铁磁性薄膜，主要原因是磁性靶对阴极（横向）磁场的屏蔽作用使得靶外表面的磁场很弱，导致磁控放电作用减弱甚至消失。这种现象可用几种方法加以避免，例如，使磁场强度超过靶材的饱和磁场，修改靶的内部结构或采用对靶技术等等。这些技术无一例外地要对靶进行改装，实现起来并不太容易。从另一角度来看，虽然靶结构不宜改动，但靶面的磁场却可以由放电空间中外加的磁场提供引入一个外加磁场，发现这个外加的磁场使得辉光变明亮，沉积速率显著变大（溅射铁靶可由6.3nm/min变至20.1nm/min）。与此同时，沉积过程及沉积薄膜的一些参数，相对于无外加磁场的情形发生了明显的改变，主要表现在自偏压值、薄膜磁性能、结状况的变化等等，并且靶材为Al、Cu时这些现象也会出现。

2.磁控溅射镀膜原理

磁控溅射的工作原理(图1.)是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子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沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）B（磁场）所指的方向漂移，简称EB漂移，其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做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，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，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。

磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。

图1.磁控溅射原理示意图

3磁物质的自然属性

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