濺射氣壓對(duì)磁控濺射成膜速率的影響

       在直流磁控濺射過(guò)程中, 濺射氣壓( 工作氣壓)是一個(gè)很重要的參數(shù), 它對(duì)濺射速率, 沉積速率以及薄膜的質(zhì)量都有很大的影響。氣體分子從一次碰撞到相鄰的下一次碰撞所通過(guò)的距離的統(tǒng)計(jì)平均值, 稱之為平均自由程。從分子的平均自由程的角度來(lái)說(shuō), 濺射氣體壓力低時(shí)濺射粒子的平均自由程大, 與氣體離子的碰撞的幾率小, 使沉積速率增大。但是, 濺射氣體壓力低時(shí)入射離子濃度低, 濺射出的離子數(shù)目也少, 又使沉積速率減小。

       當(dāng)濺射氣體壓力高時(shí), 轟擊靶的氣體離子多, 濺射出的離子數(shù)也多, 使濺射速率增大。但是濺射粒子的平均自由程減小, 與氣體離子碰撞的幾率增大, 使沉積速率減小。濺射氣壓所產(chǎn)生的這兩種效果互相制約, 隨著濺射氣壓的增加, 最初沉積速率不斷增大, 當(dāng)濺射氣壓增大到一定程度時(shí), 沉積速率達(dá)到最大值, 之后隨著濺射氣壓的增大又不斷減小。實(shí)驗(yàn)保持其他條件不變, 測(cè)試了濺射工作氣壓下Cr 靶、Ni- Cu 靶和Ag 靶的成膜速率如圖8。

圖8：不同濺射氣壓下的成膜速率

        可見(jiàn), 隨著濺射氣壓的增加, 成膜速率隨之增加;當(dāng)濺射氣壓在0.45~0.55 Pa 時(shí), 成膜速率達(dá)到最大; 之后隨著濺射氣壓的增加, 成膜速率迅速降低。所以從成膜速率來(lái)考慮, 0.5 Pa 的濺射工作氣壓最為合適。

濺射氣壓對(duì)磁控濺射成膜薄膜性能的影響

       不同濺射氣壓對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也有一定的影響。壓強(qiáng)過(guò)低時(shí), 濺射原子能量比較大, 隨著濺射壓強(qiáng)升高, 濺射原子在飛向基底的過(guò)程中受到的散射增加, 到達(dá)基底時(shí)能量減少, 遷移能力下降, 薄膜的結(jié)晶狀況也隨著改變。濺射出的高速粒子部分首先與氬氣原子發(fā)生碰撞, 同時(shí)高速粒子本身的能量降低, 速率相應(yīng)減小, 這樣有利沉積到基底表面而不造成小丘或空洞, 有利提高薄膜的質(zhì)量。然而過(guò)高的濺射氣壓會(huì)使粒子與大量氬原子相互碰撞而大大降低其本身的能量, 結(jié)果導(dǎo)致薄膜的成績(jī)速率減小, 并且減少輸入到基底上原子的表面遷移能,進(jìn)而不能獲得高的薄膜結(jié)晶度。因此濺射氣壓的變化, 引起表面形貌和沉積速率的變化, 同時(shí)影響薄膜的性能。

       實(shí)驗(yàn)保持其他條件不變, 在不同濺射工作氣壓下制備了Cr(150 nm)/Ni- Cu(460 nm)/Ag(200 nm)結(jié)構(gòu)的金屬化薄膜, 可以看出, 初期隨著濺射氣壓的增加, 薄膜抗拉強(qiáng)度和焊接性能都明顯提高; 當(dāng)濺射氣壓在0.45 ～0.55 Pa 之間時(shí)抗拉強(qiáng)度和焊接性最好; 濺射氣壓超過(guò)0.55Pa 后, 結(jié)合力和焊接合格率隨著氣壓增大而迅速下降。因此, 認(rèn)為0.5 Pa 左右的濺射氣壓是比較合適的。