什么是磁控溅射？
磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，利用离子轰击和溅射原理，在真空环境中通过施加高频电场和静磁场来实现。在这个过程中，材料被制成靶的形式，安装在真空腔室内。通过施加电场，靶表面形成等离子体，同时静磁场将等离子体中的离子引导到靶表面进行轰击。被轰击的靶表面会释放出原子或分子，这些原子或分子以高速沉积到基板表面上，形成薄膜。
磁控溅射的原理
溅射镀膜就是通过粒子轰击靶材产生溅射，靶材向基片射出原子或离子，沉积在基片上形成膜层的过程。磁控溅射就是在两极辉光放电时附加磁场，电子被电场加速的同时被磁场束缚，呈摆线运动，提高了电子和靶材粒子以及工作气体离子的碰撞频率，工作气体离子化程度提高，工作气压随之降低，而工作气体离子被电场加速，冲击到靶材上并释放能量，以至于靶材射出靶材原子或离子，在基片表面上沉积出膜层。
磁控溅射的分类
反应溅射（Reactive sputtering）
反应溅射是沉积化合物薄膜的首选，和其他溅射方法不同，反应溅射不光向系统内通入工作气体，同时通入反应气体与逸出靶材粒子发生反应，可以沉积各种种类的化合物，如：氧化物、氮化物等，生成化合物沉积薄膜。
优点是：通过监控设备能迅速得到想要的薄膜；金属靶热传导性好，易冷却，溅射功率大；基体的温度较低（<300℃）。然而化合物在基片表面沉积成膜的同时，也会有少部分化合物沉积在靶材的表面，也就是所谓的靶中毒，而解决靶中毒最直接的方法就是将直流电源换成脉冲电源或射频电源。
射频溅射（Radio-frequency sputtering）
射频磁控溅射使用交流电源而非直流电源，射频反应溅射中，正半周期，电子被吸引到靶材附近，中和正电荷的同时使靶材带负电，负半周期，工作气体粒子受靶材负电吸引向靶材移动，发生溅射，进行镀膜。
脉冲溅射（Pulse sputtering）
脉冲磁控溅射技术脱胎于直流溅射，用矩形波状的输出电压替换直流电源。反应溅射中，负半周期，电荷沉积在靶材周围，正周期时则吸引电子中和沉积的电荷，使溅射可以正常进行。脉冲溅射的优点有：沉积速率快，所需温度低，溅射过程稳定，也因此，脉冲溅射被广泛运用在制造光学薄膜当中。
中频溅射（Medium frequency sputtering）
中频溅射的电源输出波形为10~150kHz的正弦波或者矩形波。在反应溅射过程中，正电压时，电子受电场加速到达靶表面，中和因负电压在靶面积累的正电荷，从而抑制打火现象。孪生靶溅射系统中，阳极与阴极在两孪生靶中交替变换，分别中和沉积的电荷，同时提高了沉积效率，并且缺陷少，膜与衬底结合力好，是制造化合物薄膜的首选。
磁控溅射的优点
高纯度和均匀性：磁控溅射能够提供高纯度的薄膜，因为溅射过程中材料是以靶的形式存在的，而且通过精确的控制，可以实现薄膜的均匀性，使得薄膜的成分和厚度均匀分布。
良好的附着力：由于溅射过程中原子或分子以高速沉积到基板表面，因此薄膜与基板之间通常具有很好的附着力，能够确保薄膜不易剥落或脱落。
适用性广泛：磁控溅射可以用于多种材料的制备，包括金属、氧化物、氮化物等，因此在半导体、光学、显示器件、传感器和涂层等领域有着广泛的应用。
制备过程可控性高：通过调节溅射过程中的参数，如施加的电场、静磁场强度、靶材料的性质等，可以精确控制薄膜的成分、厚度和结构，以满足不同应用的需求。
低温制备：磁控溅射通常在室温或较低温度下进行，因此适用于对基板温度敏感的材料或器件的制备，同时也能减少能源消耗和材料损耗。
无污染环保：由于磁控溅射是在真空环境下进行的，不会产生有害气体或污染物，符合环保要求。
磁控溅射技术可以制备大面积均匀、致密的硬质膜层；在磁控溅射过程中，还可向溅射室内通入反应气体，使其与靶材发生化合反应沉积在基片表面；磁控溅射靶空间很大，根据不同设备的需求，任何材料均可作为靶材；膜层经过后续处理还可以进一步加强膜层性能。磁控溅射技术得到的硬质薄膜性能优异，被广泛应用在工业生产当中。
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