磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。电子在电场E的作用下,在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向基片,Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。
         磁控溅射阴极介绍
磁控溅射原理 图源:北京众诚新材
         
磁控溅射阴极是指用于承载待溅射的靶材,主要包括以下部分:阳极【屏蔽罩】、阴极模块【靶材压条、隔膜压条、隔膜板、阴极体等】、磁路模块【磁钢和磁轭】、布气系统、安装法兰、水电气阴极外壳外接系统等。

磁控溅射阴极介绍

图源:深圳速普仪器
         
磁控溅射阴极是真空溅射设备中最重要的核心部件之一,其性能表现显著影响所沉积薄膜的质量和效率。

磁控溅射阴极分类

磁控溅射阴极介绍

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按照磁场位形分布分类

1.平衡态磁控阴极
         
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等,两极磁力线闭合于靶面,很好地将电子/等离子体约束在靶面附近,增加了碰撞几率,提高了离化效率,因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电,靶材利用率相对较高。但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面,基片区域所受离子轰击较小。
2.非平衡态磁控阴极
         
非平衡磁控溅射技术,即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极,两极磁力线在靶面不完全闭合,部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域,从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片,增加基片区域的等离子体密度和气体电离率。
         
不管平衡还是非平衡,若磁铁静止,其磁场特性决定了一般靶材利用率小于30%。为增大靶材利用率,可采用旋转磁场。但旋转磁场需要旋转机构,同时溅射速率要减小。旋转磁场多用于大型或贵重靶。对于小型设备和一般工业设备,多用磁场静止靶源。

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按形状分类

        
1. 圆形平面阴极
 
•多种磁场可选,适于不同靶材
•磁路模块化,可单独更换
•可选:角度调节,靶基距调节,防交叉污染环匀气环,手动/气动挡板,旋转磁场
         
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高真空圆形阴极 图源:苏州微科鼎镀膜
         

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ONYX系列圆形磁控溅射阴极 图源:深圳万德泉
         
2. 条形平面阴极
 
•宽靶面刻蚀-减少打火
•提供普通磁场与强磁场阴极,适用于不同靶材
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图源:朗为科技
         
3. 矩形阴极
 
矩形磁控溅射阴极具有先进的水冷闭路
利用定向冷却水流和多极磁铁阵列,使用卡箍夹紧靶材可在更高功率密度下工作
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图源:苏州微科鼎镀膜
         
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FE系列矩形平面磁控溅射阴极 图源:上海福宜真空
         
4. 圆柱旋转阴极
 
•多重密封结构
•磁钢与水隔离
•高硬度耐磨涂层密封轴
•优化大电流电刷,接触更稳定
•高靶材利用率
•均匀性可调节
•小磁场发散角设计
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图源:朗为科技
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阴极端头 图源:中科纳微
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旋转阴极用磁棒 图源:中科纳微
         
资料来源:百度百科,深圳速普仪器,北京众诚新材,朗为科技,苏州微科鼎镀膜,深圳万德泉,中科纳微等
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原文始发于微信公众号(锂电产业通):磁控溅射阴极介绍

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作者 li, meiyong