直流濺射鍍膜原理解析

直流濺射鍍膜裝置是由陰極與陽極組成的，顧名思義，采用直流電，又因為是在陰極的靶上加副高壓，所以又叫陰極濺射。直流濺射的靶材是導體，放電的工作氣體是氬氣，現在以直流二極濺射為例來討論其原理和過程。

它的基本工作條件是為陰極靶提供正離子轟擊。由于陰極暗區有幾乎全部極間的電位差，正離子以高速轟擊陰極靶時，從靶面上發出的二次電子進入陰極暗區，被加速，在其被加速有一定能量后，又被稱為一次電子。一次電子在與氣體原子碰撞時會產生正離子，維持放電繼續進行，隨碰撞一次電子能量會消失，最終被陽極吸收。被正離子轟擊出來的靶材粒子會沉積到基片上成膜，也可能返回陰極的靶材表面上。因此，二極濺射放電形成的電回路是新氣體放電產生的一次電子飛向陽極，正離子飛向陰極形成的。放電則是由正離子轟擊陰極時所產生的二次電子經陰極暗區加速后去補充一次電子的消耗來維持的，可見二極濺射成膜過程是通過以濺射效應為手段，電離效應為條件，并通過沉積效應而達到的。

因為氬氣的工作壓力與濺射速率及膜層的質量有著密切關系，所以，氬氣工作壓力的選擇極為重要。氬氣工作壓力低時，電子的平均自由程長，電子在陽極上消失的概率大，從而使氣體分子與電子的碰撞概率降低，又使離子濺射在陰極上發射出來的二次電子減少，。種種原因，使低壓下濺射率下降。當氣體壓力高時，會使部分散射原子返回靶材表面，降低靶材沉積到基片上的概率。所以，在直流濺射過程中隨工作氣體的壓力變化，其沉積速率會有一個最大值。同時，因為基片過于接近靶陰極時會出現放電流急劇下降，因此，有關文獻給出靶基距應大于極中及暗區的3~4倍。

為了克服二極濺射的缺點如氣體工作壓力過高，在直流二極濺射的基礎上加一個發射熱電子的熱陰極，構成三極濺射裝置。因為其發射熱電子能力強，所以可適當降低放電電壓。這可以提高沉積速度減少氣體雜質的污染。而且三極濺射解決了二級濺射中靶電壓靶電流及工作氣體壓力之間相互約束的問題，但三極濺射也有其缺點，其熱陰極發射的熱電子流不穩定，使其放電電流不穩定，而且，其電子軸的軸向離子密度不均會引起膜層厚度不均，所以可以在其基礎上增加穩定電極，使其成為四極濺射。

直流偏壓濺射相對二極濺射在基片上增加了固定的直流負偏壓，清除可能進入薄膜表面上的氣體及附著力小的氣體，還可以在沉積工藝之前對基片進行轟擊凈化表面，即可以提高膜層的純度，又可以改變膜結構。但應選擇正確的偏壓值，來保證膜純度。