磁控濺射鍍膜機(jī)的工作原理是什么？

與蒸發(fā)鍍膜相比，直流三極管濺射有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是濺射沉積速率低；第二，濺射所需氣體的工作壓力高。這兩個(gè)缺點(diǎn)的綜合作用造成氣體分子污染薄膜。因此，磁控濺射鍍膜機(jī)作為一種沉積速率高、工作氣壓低的新技術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力，在薄膜制備過程當(dāng)中具有積極的作用。讓我們先介紹電子氣在靜態(tài)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)均勻磁場(chǎng)為B，電場(chǎng)為零時(shí)，電子不受磁場(chǎng)影響，而是沿磁力線作回旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)B和E為均勻場(chǎng)且E與B平行時(shí)，電子任意加速，其節(jié)距逐漸增大。當(dāng)電場(chǎng)有一個(gè)垂直于B的分量時(shí)，電子將沿B*e的方向漂移，并沿運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)B和E均勻且相互垂直時(shí)，從靜止處移動(dòng)的電子軌跡為擺線，擺線形成半徑R。事實(shí)上，從陰極靶發(fā)射的電子具有約5ev的初始能量，陰極暗區(qū)的電場(chǎng)不是很均勻，所以電子運(yùn)動(dòng)軌跡不是嚴(yán)格的擺線。簡(jiǎn)言之，對(duì)于平面陰極，從電子運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)的距離是D，這可以通過公式確定。

現(xiàn)在我們來談?wù)劥趴貫R射鍍膜機(jī)的工作原理。真空室中的殘余氣體中有少量初始電子E。在電場(chǎng)E的作用下，它在加速飛向陽極基底的過程當(dāng)中與氬原子發(fā)生碰撞。如果電子有足夠的能量，它可以電離一個(gè)正離子和一個(gè)初級(jí)電子。初級(jí)電子飛向襯底。在電場(chǎng)E的作用下，正離子加速飛向并轟擊陰極靶，濺射靶表層。在濺射粒子中，中性目標(biāo)原子飛向襯底并沉積在襯底表層形成薄膜，這是其基本原理。

從靶濺射出來的二次電子稱為二次電子。在飛向基片的過程當(dāng)中，由于洛侖茲力的影響，它們會(huì)以擺線和螺旋線的復(fù)合形式在靶面上作圓周運(yùn)動(dòng)。二次電子的運(yùn)動(dòng)路徑不僅很長(zhǎng)，而且受到靶面附近等離子體區(qū)電磁場(chǎng)的約束。在該區(qū)域電離的大量正離子轟擊陰極靶，有效地提高了靶在襯底上的沉積速度。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量下降。當(dāng)其能量耗盡時(shí)，在電場(chǎng)E的作用下最終沉積在襯底上。此時(shí)，襯底吸收的電子能量很低，因此襯底的溫升很低。磁極軸上的電場(chǎng)與磁場(chǎng)平行，二次電子可以直接飛到襯底上，但此處的粒子密度較低，因此對(duì)溫升影響不大，因此，磁控濺射鍍膜機(jī)技術(shù)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：沉積速率高，襯底溫升低。

綜上所述，磁控濺射鍍膜機(jī)的基本原理是利用磁場(chǎng)改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，利用電磁場(chǎng)限制和擴(kuò)展電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而提高電子對(duì)工作氣體的電離幾率，有效利用電子能量。因此，與直流濺射相比，磁控濺射涂層中正交電磁場(chǎng)對(duì)電子的約束作用是兩者的根本區(qū)別。正是由于這種效應(yīng)，它才具有低溫、高速的特色。