真空PVD合金膜的濺射沉積方法
發布時間：2019-01-02
一般說來，在放電穩定狀態下，按照靶的成分，各種構成原子分別受到濺射作用，濺射鍍膜比真空蒸鍍和離子鍍的一個優越之處在于:膜層的組分和靶的組分差別較小，而且鍍層組分穩定。不過，在有些情況下，由于不同組成元素的選擇濺射現象、膜層的反濺射率以及附著力不同，會引起膜層和靶的成分有較大的差別。使用這種合金靶，為了制取確定組分的膜，除了根據實驗配制特定配比的靶并盡量降低靶的溫度之外，還要盡可以降低基片溫度以便減少附著率的差別，并選擇合適的工藝條件盡量減少對膜層的反濺射作用。
在有些情況下，不易制備大面積的均勻合金靶、化合物靶，這時可以采用由單元素組成的復合鑲嵌靶，靶表面的構成如圖1所示。其中圖d所示的扇形鑲嵌結構效果最好，易于控制膜的成分，重復性也好。從原理上講，不僅二元合金，三元、四元等合金膜都可以用這種方法制取。
1各種不同結構的復合靶
(a)方塊鑲嵌靶；(b)圓塊鑲嵌靶；(c)小方塊鑲嵌靶；(d)扇形鑲嵌靶
為在濺射膜中做出相應的成分分布，可采用如圖2所示的鑲嵌靶材。圖中是在一塊Ti基體靶材的刻蝕區上鉆孔鑲嵌Al材料的復合靶，用來制取TiAlN合金膜或化合物膜。由圖中可以看出，在基片的不同位置上，膜成分是不同的，Al材料的鑲嵌位置和數量對應著確定的合金成分，因此用這種方法制取各種成分的合金或化合物膜是十分方便的。
2Ti-Al鑲嵌復合靶
多靶濺射的結構如圖3所示。使基片在兩個以上靶的上方轉動，控制每種膜的沉積厚度為一個或幾個原子層，輪翻沉積，這樣就能制取化合物膜。例如，有人使用InSb和GaSb靶，制得了In1-xGaxSb單晶膜。雖然這種裝置復雜一些，但是通過控制基片的轉動速度和改變各個靶上所加的電壓，可以得到任意組分的膜；按照鍍膜的時間，控制這些參數，可以在膜厚的方向上任意改變膜的組分，而且能獲得超晶格結構。
3多靶濺射結構示意圖
當要求合金膜各成分之間相差很大時，一般要采用輔助陰極法。主陰極靶由合金的主要成分制成，輔助陰極靶由合金的添加成分制成。對各個靶同時進行濺射，以形成合金膜。通過調節輔助陰極靶的電流，可以任意改變合金膜中添加成分的數量。
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