直流和脉冲电场环境下靶电流对Ti膜沉积行为的影响文献综述

 2021-10-06 01:10

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文 献 综 述

1.引言

磁控溅射技术目前是一种应用十分广泛的薄膜沉积技术，溅射技术的不断发展和对新功能薄膜的探索研究，使磁控溅射应用延伸到许多生产和科研领域。在微电子领域作为一种非热式镀膜技术，主要应用在化学气相沉积（CVD）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长困难及不适应的材料薄膜沉积，而且能获得大面积非常均匀的薄膜[1]。在光学薄膜应用反应磁控溅射技术已有多年[2],中频闭合场非平衡磁控溅射技术也已经在光学薄膜（如增透膜）、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面得到应用[3]。现代机械加工工业中，表面功能膜、超硬膜、自润滑膜都是通过磁控溅射来沉积，能够有效的提高表面硬度、复合韧性，耐磨损性和抗高温化学稳定性能。Cr / C复合镀层具有较高硬度 和良好的摩擦磨损性能,与基底材料良好的结合力等优良性能, 是理想耐磨自润滑镀层材料,具有宽广的应用领域和良好的发展前景[4]。磁控溅射技术也广泛用于工艺品装饰性镀层的生产中，三柱靶磁控溅射镀膜技术可以用于钟表的硬质装饰膜，TiN掺金镀装饰膜具有备耐磨、耐腐蚀、附着力强、表面光亮、色彩金黄、纯正等特性[5-6]。

2.磁控溅射技术的研究进展

磁控溅射系统在真空室充入0.1-10Pa压力的惰性气体（Ar），作为气体放电的载体，阴极靶材的下面放置100-1000Gauss强力磁铁。在高压作用下Ar院子电离成为Ar 离子和电子，产生等离子辉光放电，电子在加速飞向基片的过程中，受到电场产生的静电作用力和磁场产生的洛伦兹力的共同作用（正交电磁场作用），产生漂移，并做跳栏式的运动[7]。这会使电子到达阳极前的行程大为延长，在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar 离子。磁控溅射时，电子的能量充分用于碰撞电离，使等离子体密度比二级溅射的密度提高约一个数量级。一般靶材刻蚀速率，相应的镀膜速率与靶面电流密度成正比，于是磁控溅射的镀膜速率相比一些普通溅射技术大大提高。

2.1平衡磁控溅射

平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在直流二级溅射的基础上发展起来的。在阴极靶材背后放置永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场，其特点如前述。平衡磁控溅射时，飞出的靶材粒子能量较低，膜基结合强度较差，低能量的沉积原子在基体表面迁移率低，易生成多孔粗糙的柱状结构薄膜，为此可通过提高被镀工件的温度，来改善膜层的结构和性能，但在很多的情况下工件材料本身不能承受所需的高温，这就需要继续改进这项技术[8]。

2.2非平衡磁控溅射

1985年非平衡磁控溅射理论的出现解决了这一难题。非平衡磁控溅射的特性就是通过磁控溅射阴极的内、外两个磁极的磁通量不相等，利用其阴极的磁场大量向靶外发散的特性，可将等离子体扩散到远离靶面处，使基片浸没其中，这样有利于以磁控溅射为基础实现大面积离子镀[9]。

2.3脉冲及中频磁控溅射

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