磁控溅射原理（固态电池磁控溅射原理）

磁控溅射原理

磁控溅射法具有设备简单、镀膜面积大、基面升温缓慢以及成本相对较低的特点,在科研领域得到了广泛的应用,本文以作者浅薄理解为基础,磁控溅射镀膜技术为例,从以下几个方面带读者进行一个初步了解图片.

磁控溅射原理（固态电池磁控溅射原理）

1:涉及专业术语简介

2:磁控溅射法原理简介

3:微观分析磁控溅射法镀膜原理

专业术语

此处通俗介绍原理相关术语,方便后文理解.

靶材与衬底(基面):’膜‘原子材料成为靶材;被’镀膜材料‘称为衬底,例如将铌镀在石英表面,此时‘铌靶’成为靶材;‘石英面’称为衬底.

工作气体:磁控镀膜需要在真空条件下进行的,此时设备内还应有工作气体,通常使用‘氩气’.原因会在后文讲解.

级联碰撞:级联碰撞发生在靶材上,简单来说就是高能量入射离子打在靶材上,使靶材内原子获得能量并会发生相互碰撞的现象.

固态电池磁控溅射原理

磁控溅射是利用磁场束缚电子的运动,提高电子的离化率.与传统溅射相比具有"低温(碰撞次数的增加,电子的能量逐渐降低,在能量耗尽以后才落在阳极)"、"高速(增长电子运动路径,提高离化率,电离出更多的轰击靶材的离子)"两大特点.

通过磁场提高溅射率的基本原理由Penning在60多年前发明,后来由Kay和其他人发展起来,并研制出溅射枪和柱式磁场源.1979年Chapin引入了平面磁控结构.

磁控溅射源装置

平面型

1.矩形:应用广泛,尤其适用于大面积平板的连续型镀膜;镀膜均匀性,产品的一致性较好.

2.圆形:只适合于做小型的磁控源,制靶简单,适合科研中应用.

电磁铁

电流的磁效应:如果一条直的金属导线通过电流,那么在导线周围的空间将产生圆形磁场;导线中流过的电流越大,产生的磁场越强.

磁控溅射原理图

溅射气体离子轰击靶材引起靶材原子溅射

溅射原子在背景气体中的输运过程

溅射原子到达衬底后沉积过程

由于原子生长等对于成膜质量比较关键,因此沉积过程为下文主要介绍方向.

1:溅射气体离子轰击靶材引起靶材原子溅射:

(1)离子轰击靶材表面时与靶材原子发生动量交换而在靶材内部引发一系列碰撞;一部分靶材原子从碰撞中获得反冲动能从而挣脱表面结合能的束缚而成为溅射原子(也可从作者上篇磁控溅射镀膜原理级联碰撞理解,由于内部运动非常繁琐,针对本技术不需过多了解).

磁控溅射镀膜中,靶偏压一般在300-500V,因此轰击离子能量在300-500eV之间,所以离子轰击靶面所引发的溅射过程属于单一撞击和线性级联碰撞溅射过程.(还存在热钉扎溅射,由于需要轰击离子能量过高,在磁控溅射技术中几乎不会发生),那么什么是单一撞击和线性级联碰撞呢?