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磁控濺射鍍膜技術與其它鍍膜技術相比具有沉積溫度低、濺射速率快的優(yōu)點，在科研領域受到高度關注。

濺射是指真空中帶有能量的入射離子撞擊靶材表面，靶材表面原子獲得能量從靶材表面脫離的現(xiàn)象。如圖所示，帶電離子Ar+轟擊Al靶表面，Al靶表面的Al原子不會直接脫離靶面，被撞擊的Al原子能量會傳遞給臨近的Al原子，從而引起Al靶面點陣連鎖式的碰撞，點陣排列中的Al原子受到周圍Al原子能量的傳遞，當Al原子能量聚集超過原子間結(jié)合能時，Al原子就會從Al靶表面逸出，濺射發(fā)生，濺射出的Al原子與O2反應形成Al2O3薄膜沉積在基底上。

（1）直流濺射

直流濺射時靶材為陰極，電源為直流電源，電荷會不斷累計，所以直流磁控濺射的靶材適用于金屬材料和導體材料，不適用于絕緣材料。以絕緣材料為直流濺射靶材，靶面受離子轟擊，大量正電荷聚集于靶表面，靶材由于作為陰極建立的負偏壓減弱，同時電場強度也因靶表面電位增加而降低，入射離子因能量不足無法濺射。

濺射過程中，需不斷提高放電電壓，基底不斷受到高能粒子的轟擊，容易損傷沉積薄膜并引起基底溫度升高。當沉積金屬薄膜時，如果入射Ar+轟擊正在沉積的薄膜，沉積的薄膜吸收入射Ar+的能量，將會導致沉積薄膜的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生生長或收縮。當工作氣壓較低(＜0.1Pa)時，Ar難電離，無法維持濺射；工作氣壓較高(＞3.0Pa)時，沉積的薄膜質(zhì)量較低。因此選定濺射氣壓0.1Pa～3.0Pa來進行反應，此時能夠持續(xù)放電，使二次電子產(chǎn)生足夠的能量離化濺射離子。

直流磁控濺射Al2O3薄膜時一般采用高純Al靶為濺射靶材，通入O2和Ar進行反應濺射。如圖所示，電子e在電場E作用下飛向基底，電子e運動過程中與Ar產(chǎn)生碰撞，Ar被電離產(chǎn)生Ar+和新的電子e，Ar+在電場E作用下加速飛向陰極Al 靶，進而對Al靶進行轟擊。碰撞產(chǎn)生的二次電子在磁場B和電場E的共同作用下形成一條類似于擺線的運動軌跡。磁場形狀為環(huán)形，電子在磁場B作用下在Al靶周圍產(chǎn)生環(huán)形運動軌跡，且只能在Al靶周圍的等離子體區(qū)域運動，同時在該區(qū)域Ar的電離程度增大，電離產(chǎn)生大量Ar+轟擊Al靶表面，Al原子濺射率增加，Al原子與O2進行反應沉積到基底上形成Al2O3薄膜，Al2O3薄膜的沉積速率增加。二次電子e在電場E的作用下運動至基底上，由于電子e在Al靶周圍等離子區(qū)域的運動過程中不斷碰撞，能量消耗較大，所以到達基底上的能量較弱，基底溫升較低。所以直流磁控濺射Al2O3薄膜具有沉積速率快、沉積溫度低等優(yōu)勢。

（2）射頻濺射

射頻磁控濺射是在靶材陰極上加載高頻電壓，等離子體區(qū)域中的離子和電子將會在高頻電場的驅(qū)動下向靶面移動，離子的運動速率較電子運動速率高，所以離子向靶材陰極的移動跟不上靶材陰極高頻信號的變化。在正半周期內(nèi)將有大量電子運動至靶材表面，靶面帶有負的自偏壓，負偏壓加載在電磁場中，離子得以加速運動，濺射現(xiàn)象產(chǎn)生。磁控濺射多元成分的合金或化合物薄膜時，調(diào)節(jié)濺射工藝參數(shù)能夠改變薄膜的性能質(zhì)量，但是直流磁控濺射介質(zhì)薄膜時會出現(xiàn)靶中毒現(xiàn)象，濺射不穩(wěn)定。當采用射頻濺射絕緣層薄膜時靶中毒現(xiàn)象就不會發(fā)生。

Al靶處于電源負半周期，Ar+對Al 靶進行轟擊，如(a)所示；同時，能量損失殆盡的Ar+沉積在Al靶表面，如圖 2.3(b)所示；當Al靶處于電源正半周期時，靶面的Ar+與轟擊Al靶表面的電子e抵消，如圖(c)所示。在射頻電源的一個周期內(nèi)電子e和Ar+輪流轟擊Al靶表面，Al靶受到轟擊的時間和電壓都會增加，Al2O3薄膜被連續(xù)不斷的沉積出來。射頻電源與沉積在Al靶陰極表面的Ar+進行中和，靶面電位被降低。陰極靶又為永磁靶，即在陰極靶的內(nèi)側(cè)裝有永磁鐵建立磁場來限制電子的運動區(qū)域和軌跡，使電子沿著Al靶做周期性運動來加大與Ar的碰撞程度，Al靶與Al2O3靶射頻沉積Al2O3薄膜相比，Al靶射頻沉積Al2O3薄膜中Al元素充足且效率高。

內(nèi)容摘自《直流、射頻磁控濺射制備Al2O3薄膜工藝探索及其性能的研究》