磁(cí)控濺射(shè)儀是(shì)在(zài)“普通直流(liú)/射頻(pín)濺(jiàn)射”的基礎上(shàng)，加(jiā)了(liǎo)一組磁場(cháng)，讓電子被(bèi)束(shù)縛在(zài)靶麵附(fù)近(jìn)，大幅(fú)提高(gāo)離化率，從(cóng)而提升成膜(mó)速率和膜(mó)層質(zhì)量的(dí)一(yī)種物理氣相(xiāng)沉積(PVD)設備(bèi)。
下麵分(fēn)塊(kuài)講(jiǎng)清(qīng)它的(dí)工作原理：
一(yī)，基(jī)本物理過(guò)程(chéng)：從(cóng)“撞飛原(yuán)子(zǐ)”開始(shǐ)
真空與(yǔ)背景氣體
腔(qiāng)體抽至(zhì)高(gāo)真(zhēn)空，再充入少(shǎo)量工(gōng)作氣體，一般為氬氣（Ar）。
氬氣(qì)是惰性氣體，不會(huì)和(hé)大多數靶材發生化(huà)學反(fǎn)應(yīng)，隻負責“當(dāng)彈”。
輝光(guāng)放電：形成(chéng)等離子體(tǐ)
在靶材(陰(yīn)極)和樣(yàng)品(陽極(jí)/接(jiē)地)之間(jiān)施加幾百到幾(jī)千伏(fú)的(dí)高(gāo)壓(yā)，形成(chéng)強(qiáng)電(diàn)場(cháng)。
少量(liáng)自由電(diàn)子(zǐ)在電場(cháng)中(zhōng)被(bèi)加速，與氬(yà)氣(qì)分子碰撞(zhuàng)，產(chǎn)生電離(lí)：
e−+Ar→Ar++2e−
這樣(yàng)在靶(bǎ)麵(miàn)附近形(xíng)成一(yī)個充(chōng)滿Ar⁺ 離(lí)子和(hé)電子的(dí)等(děng)離子體，並發出特(tè)征(zhēng)性的“輝(huī)光(guāng)”。
濺(jiàn)射：把(bǎ)靶材原(yuán)子(zǐ)“打出(chū)來(lái)”
帶正電(diàn)的 Ar⁺ 在電場(cháng)作用(yòng)下(xià)高速轟擊靶材表(biǎo)麵。
高(gāo)能(néng)離(lí)子(zǐ)撞(zhuàng)擊(jī)使(shǐ)靶材表(biǎo)麵(miàn)原(yuán)子獲得(dé)能量，克服晶格束縛(fù)，被(bèi)“撞(zhuàng)飛(fēi)”出來，形(xíng)成(chéng)濺(jiàn)射原子(zǐ)/粒(lì)子流(liú)。
這些原子(zǐ)以(yǐ)一定(dìng)角度和(hé)能(néng)量(liáng)向四周(zhōu)飛散，其(qí)中一(yī)部分(fēn)會落(là)到(dào)基(jī)片表麵，逐漸堆積(jī)成膜。
二，磁控的關鍵(jiàn)：用(yòng)磁(cí)場“困住(zhù)”電(diàn)子，提(tí)高成膜效(xiào)率
電(diàn)子在電(diàn)磁場(cháng)中(zhōng)的(dí)運動(dòng)
在普通(tōng)濺射中，電子隻受(shòu)電(diàn)場作用，很快(kuài)飛(fēi)到陽極，參與碰撞(zhuàng)的機會(huì)少，離化率(shuài)不高(gāo)，成(chéng)膜很慢。
磁(cí)控濺(jiàn)射在(zài)靶(bǎ)麵附(fù)近增(zēng)加了一(yī)組(zǔ)永(yǒng)磁鐵/電磁鐵(tiě)，形成近似(sì)與(yǔ)靶麵平(píng)行(háng)的(dí)磁(cí)場。
電(diàn)子(zǐ)在(zài)電(diàn)場(cháng)中加速(sù)的(dí)同(tóng)時，還(huán)要受洛倫茲力作用，在靶(bǎ)麵附(fù)近(jìn)做(zuò)螺(luó)旋/擺綫(xiàn)運動，被“關(guān)”在(zài)靶麵區域，來回(huí)飛行。
提高離化(huà)率，提高(gāo)成(chéng)膜(mó)速(sù)率(shuài)
被“困(kùn)住”的電子在靶麵附近停留時(shí)間(jiān)變長，與(yǔ)更(gēng)多氬(yà)氣分子碰撞，大(dà)幅提(tí)高Ar 的離化(huà)率。
離化率提(tí)高後(hòu)，單位(wèi)時(shí)間能產生(shēng)更多 Ar⁺，更多離子轟擊靶材(cái)，濺射(shè)速率大(dà)幅提升，成膜(mó)速度比(bǐ)普通濺射(shè)快(kuài)很(hěn)多(duō)。
因(yīn)為(wéi)電子被(bèi)約(yuē)束在(zài)靶(bǎ)麵(miàn)附(fù)近(jìn)，打到基(jī)片上的電子很(hěn)少(shǎo)，基片溫(wēn)升(shēng)低，適合對溫度敏感的樣(yàng)品(pǐn)。
三，不同類型磁控濺(jiàn)射(shè)的常(cháng)見形式
直流(liú)磁(cí)控濺射（DC Magnetron Sputtering）
用於導電靶(bǎ)材(cái)：如金屬(Ti，Al，Cu，Cr 等)。
靶(bǎ)接負高壓，基片接(jiē)正電或接地(dì)，通(tōng)過電(diàn)流和電壓控(kòng)製濺射(shè)功率(shuài)。
射頻磁(cí)控濺射（RF Magnetron Sputtering）
用於絕緣(yuán)或(huò)弱(ruò)導(dǎo)電靶材：如 SiO₂，ITO，Al₂O₃ 等。
采(cǎi)用高(gāo)頻交流電(diàn)源(13.56 MHz)，在靶(bǎ)麵(miàn)形成自偏(piān)壓，使正離子仍能(néng)被(bèi)吸引(yǐn)去(qù)轟(hōng)擊靶(bǎ)麵，實(shí)現濺射。
反應磁(cí)控濺(jiàn)射（Reactive Sputtering）
在 Ar 中引(yǐn)入(rù)反應氣體，如 N₂，O₂，CH₄ 等(děng)，與靶(bǎ)材(cái)原(yuán)子(zǐ)在基片表(biǎo)麵(miàn)發生化學反(fǎn)應(yīng)，生成(chéng)化(huà)合(hé)物薄(báo)膜。
如：
Ti 靶 + N₂ → 氮化(huà)鈦（TiN） 膜(裝(zhuāng)飾(shì)/耐(nài)磨塗層)；
Zn 靶(bǎ) + O₂ → 氧(yǎng)化鋅(xīn)（ZnO） 膜(透明(míng)導電膜，壓電(diàn)器(qì)件等)。
四，成(chéng)膜(mó)過(guò)程：從(cóng)原(yuán)子(zǐ)到(dào)完整(zhěng)薄膜
沉(chén)積與(yǔ)遷(qiān)移(yí)
從(cóng)靶麵飛(fēi)出的(dí)原(yuán)子/團簇以(yǐ)一(yī)定能量到達基片，在(zài)基片表麵發生吸附，表麵擴散和(hé)重(zhòng)排，形(xíng)成(chéng)島狀(zhuàng)核，再(zài)不(bù)斷長大，合並，形成連(lián)續(xù)薄膜(mó)。
影(yǐng)響膜層質量(liáng)的(dí)因素
濺射(shè)功率(shuài)，氣(qì)壓，氣體比(bǐ)例(lì)，基片與靶距(jù)離(lí)，基(jī)片溫度，偏壓(yā)等(děng)，都會決定(dìng)：
膜(mó)的致密(mì)度，附(fù)著力(lì)，厚(hòu)度(dù)均(jūn)匀(yún)性，應力，結(jié)晶性等。
五，磁控濺(jiàn)射的主(zhǔ)要優(yōu)勢
成(chéng)膜(mó)速(sù)率(shuài)高(gāo)：比普通直(zhí)流(liú)濺射(shè)快(kuài)數(shù)倍，適合大(dà)規(guī)模(mó)生產(chǎn)。
基(jī)片溫(wēn)升(shēng)低：適(shì)合塑料，柔(róu)性襯(chèn)底，熱敏(mǐn)器件。
膜(mó)層質量好：致密(mì)，附著(zhuó)力(lì)強，成分(fēn)和厚度較(jiào)易(yì)控製(zhì)。
應用廣泛(fàn)：從金(jīn)屬電(diàn)極(jí)，硬(yìng)質耐磨(mó)塗層，到(dào)透明(míng)導電膜(mó)，介(jiè)質層，裝飾(shì)膜(mó)，都有使(shǐ)用(yòng)。
點擊交(jiāo)流