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影響磁控靶濺射電壓的主要因素

 

 

     影響磁控靶濺射電壓的主要因素有:靶麵磁場、靶材材質、氣體壓強、陰-陽極間距等。

一、靶麵磁場對靶濺射電壓的影響

  1. 磁控靶的陰極工作電壓,隨著靶麵磁場的增加而降低,也隨著靶麵的濺射刻蝕槽加深而降低。濺射電流也隨著靶麵的濺射刻蝕槽加深而加大。這是因為靶的濺射刻蝕槽麵會越來越接近靶材後麵的永久磁鋼的強磁場。因此,靶材的厚度是有限製的。較厚的非磁性靶材能夠在較強的磁場中使用。當磁場強度增加到0.1T以上時,磁場強度對濺射電壓的影響就不明顯了。

  2. 鐵磁性靶材會對磁控靶的濺射造成影響,由於大部分磁力線從鐵磁性材料內部通過,使靶材表麵磁場減少,需要很高電壓才能讓靶麵點火起輝。除非磁場非常的強,否則磁性材靶材必須比非磁性材料要薄,才能起輝和正常運行(永磁結構的Ni靶的典型值<4px,磁控靶非特殊設計最大值一般不宜超過3mm,Fe,co靶的最大值不超過2mm;電磁結構的靶可以濺射厚一些的靶材,甚至可達6mm厚)才能起輝和正常運行。正常工作時,磁控靶靶材表麵的磁場強度為0.025T-0.05T左右;靶材濺射刻蝕即將穿孔時,其靶材表麵的磁場強度大為提高,接近或大於0.1T左右。

二、靶材材質對靶濺射電壓的影響

  1. 在真空條件不變的條件下,不同材質與種類靶材對磁控靶的正常濺射電壓會產生一定的影響。

  2. 常用的靶材(如銅Cu、鋁Al、鈦Ti)的正常濺射電壓一般在400-600V的範圍內。

  3. 有的難濺射的靶材(如錳Mn、鉻Cr等) 的濺射電壓比較高, 一般需>700V以上才能完成正常磁控濺射過程;而有的靶材(如氧化銦錫ITO) 的濺射電壓比較低,可以在200多伏電壓時實現正常的磁控濺射沉積鍍膜。

  4. 實際鍍膜過程中,由於工作氣體壓力變化,或陰極與陽極間距偏小(使真空腔體內阻抗特性發生變化),或真空腔體與磁控靶的機械尺寸不匹配,同時選用了輸出特性較軟的靶電源等原因,導致磁控靶的濺射電壓(即靶電源輸出電壓)遠低於正常濺射示值,則可能會出現靶前存雖然呈現出很亮的光圈,就是不能見到靶材離子相應顏色的泛光,以至不能最後濺射成膜的狀況。

三、氣體壓強對靶濺射電壓的影響

  在磁控濺射或反應磁控濺射鍍膜的工藝過程中,工作氣體或反應氣體壓強對磁控靶濺射電壓能夠造成一定的影響。

  1.工作氣體壓強對靶濺射電壓的影響

  一般的規律是:在真空設備環境條件確定和靶電源的控製麵板設置參數不變時,隨著工作氣體(如氬氣)壓強(0.1~10Pa)的逐步增加,氣體放電等離子體的密度也會同步增加,致使等離子體等效阻抗減小,磁控靶的濺射電流會逐步上升,濺射工作電壓亦會同步下降。

  2. 反應氣體壓強對靶濺射電壓的影響

在反應磁控濺射鍍膜的工藝過程中,在真空設備環境條件確定和靶電源的控製麵板設置參數不變時,隨著反應氣體(如氮氣、氧氣)壓強(或流量)的逐步增加(一般應注意不要超過工藝設定值的上限值),隨著磁控靶麵和基片(工件)表麵逐步被絕緣膜層覆蓋,陰-陽極間放電的等效阻抗也會同步增高,磁控靶的濺射電流會逐步下降(直至“陰極中毒”和“陽極消失”為止),濺射工作電壓亦會同步上升。

四、陰-陽極間距對靶濺射電壓的影響

  真空氣體放電陰-陽極間距能夠對靶濺射電壓造成一定的影響。在陰-陽極間距偏大時,等效氣體放電的內阻主要由等離子體等效內阻決定,反之,在陰-陽極間距偏小時,將會導致等離子體放電的內阻呈現較小數值。由於在磁控靶點火起輝後進入正常濺射時,如果陰-陽極間距過小,由於靶電源輸出的濺射電壓具有一定的軟負載特性,就有可能出現在濺射電流已達工藝設定值時,靶濺射電壓始終很低又調不起來的狀況。“工藝型”靶電源可以改善和彌補這種狀況;而“經濟型”靶電源對這種狀況無能為力。

  1. 孿生靶(或雙磁控靶)陰-陽極間距

  對稱雙極脈衝中頻靶電源和正弦波中頻靶電源帶孿生靶或雙磁控靶運行時,建議其兩交變陰-陽極的最小極間距不應小於2英寸;

  2. 單磁控靶陰-陽極間距

  靶電源帶單磁控靶運行時,一般都不存在這方麵問題;但是,在小真空室帶長矩形平麵磁控單靶時容易忽略這個問題,磁控靶麵與真空室金屬殼體內壁的最小極間距一般亦建議不小於2英寸。

 

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