磁控濺射鍍膜工作原理：從等離子體激發(fā)到薄膜生長的物理機制

來源：艾博納微納米科技（江蘇）有限責任公司 2025年07月16日 11:35

　　磁控濺射鍍膜是一種物理氣相沉積技術，其工作原理涵蓋等離子體激發(fā)與薄膜生長兩大核心階段，具體機制如下：

　　一、等離子體激發(fā)：磁場約束下的高密度電離

　　輝光放電啟動：在真空室中充入惰性氣體（如氬氣），通過直流或射頻電源在靶材（陰極）與基片（陽極）間施加高壓，氣體原子被電離形成初始等離子體，產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。

　　磁場約束電子：在靶材表面施加正交電磁場（E×B方向），電子在電場作用下飛向基片時，受磁場洛倫茲力作用發(fā)生E×B漂移，運動軌跡呈擺線形。這一設計使電子被束縛在靶材表面附近，大幅增加與氣體原子的碰撞概率，顯著提高氣體離化率（可達10%以上），形成高密度等離子體。

　　離子轟擊靶材：電離產(chǎn)生的氬離子（Ar?）在電場加速下轟擊靶材表面，通過動量傳遞使靶材原子或分子逸出，形成濺射流。濺射原子包括中性粒子和少量離子，其能量分布直接影響薄膜質量。

　　二、薄膜生長：濺射原子的沉積與結構演化

　　中性原子沉積：濺射出的中性靶材原子沿直線運動至基片表面，通過物理吸附或化學鍵合初步形成薄膜。基片溫度、表面粗糙度等因素影響原子遷移率，低溫下原子易形成非晶或柱狀結構，高溫則促進晶化。

　　離子輔助生長：部分濺射離子在電場作用下到達基片，其高能量（數(shù)百eV）可清潔基片表面、活化吸附位點，并轟擊已沉積薄膜，促進原子重排，形成致密、低缺陷的薄膜結構。非平衡磁控濺射技術通過擴展等離子體區(qū)域，進一步增強離子輔助效應。

　　薄膜結構優(yōu)化：通過調節(jié)磁場強度、濺射功率、氣體壓力等參數(shù)，可控制濺射原子的能量和通量，從而調控薄膜的厚度、均勻性及微觀結構（如晶粒尺寸、取向）。例如，高功率密度下可實現(xiàn)納米晶薄膜的快速生長。

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