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磁控濺射鍍膜工作原理:從等離子體激發(fā)到薄膜生長的物理機制

來源:艾博納微納米科技(江蘇)有限責任公司   2025年07月16日 11:35  
  磁控濺射鍍膜是一種物理氣相沉積技術(shù),其工作原理涵蓋等離子體激發(fā)與薄膜生長兩大核心階段,具體機制如下:
  一、等離子體激發(fā):磁場約束下的高密度電離
  輝光放電啟動:在真空室中充入惰性氣體(如氬氣),通過直流或射頻電源在靶材(陰極)與基片(陽極)間施加高壓,氣體原子被電離形成初始等離子體,產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。
  磁場約束電子:在靶材表面施加正交電磁場(E×B方向),電子在電場作用下飛向基片時,受磁場洛倫茲力作用發(fā)生E×B漂移,運動軌跡呈擺線形。這一設計使電子被束縛在靶材表面附近,大幅增加與氣體原子的碰撞概率,顯著提高氣體離化率(可達10%以上),形成高密度等離子體。
  離子轟擊靶材:電離產(chǎn)生的氬離子(Ar?)在電場加速下轟擊靶材表面,通過動量傳遞使靶材原子或分子逸出,形成濺射流。濺射原子包括中性粒子和少量離子,其能量分布直接影響薄膜質(zhì)量。
  二、薄膜生長:濺射原子的沉積與結(jié)構(gòu)演化
  中性原子沉積:濺射出的中性靶材原子沿直線運動至基片表面,通過物理吸附或化學鍵合初步形成薄膜?;瑴囟?、表面粗糙度等因素影響原子遷移率,低溫下原子易形成非晶或柱狀結(jié)構(gòu),高溫則促進晶化。
  離子輔助生長:部分濺射離子在電場作用下到達基片,其高能量(數(shù)百eV)可清潔基片表面、活化吸附位點,并轟擊已沉積薄膜,促進原子重排,形成致密、低缺陷的薄膜結(jié)構(gòu)。非平衡磁控濺射技術(shù)通過擴展等離子體區(qū)域,進一步增強離子輔助效應。
  薄膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化:通過調(diào)節(jié)磁場強度、濺射功率、氣體壓力等參數(shù),可控制濺射原子的能量和通量,從而調(diào)控薄膜的厚度、均勻性及微觀結(jié)構(gòu)(如晶粒尺寸、取向)。例如,高功率密度下可實現(xiàn)納米晶薄膜的快速生長。

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