反应磁控溅射
反应磁控溅射技术是将一种反应气体加入到惰性溅射气体中,与被溅射出来的靶材金属原子发生反应从而在衬底上形成化合物的一种薄膜制备方法。制备化合物薄膜时,可以考虑直接使用化合物作为溅射的靶材。但是在有些情况下,化合物的溅射会发生气态或固态化合物分解的情况,导致沉积的薄膜往往在化学成分上与靶材有很大的差别。发生这种现象的原因是由于在溅射环境中,相应元素的分压低于化合物所需要的平衡压力。因此,解决问题的办法可以是调整溅射室内的气体组成和压力,在通入Ar气的同时通入相应的活性气体,从而抑制化合物的分解倾向。另一方面,可以采用纯金属作为溅射靶材,但在工作气体中混入适量的活性气体O2、N2、NH3、CH4、H2S等方法,使金属原子与活性气体在溅射沉积的同时生成所需的化合物。一般认为,化合物是在原子沉积的过程中,由溅射原子与活性气体分子在衬底表面发生化学反应而形成的。通过控制反应溅射过程中活性气体的压力,得到的沉积产物可以是有一定固溶的合金固溶体,也可以是化合物,甚至还可以是上述两相的混合物。比如在含N2的气氛中溅射Ti的时候,薄膜中可能出现的相包括Ti、Ti2N、TiN以及它们的混合物 。反应磁控溅射的主要特点可归纳为:1) 反应磁控溅射所用的靶材料(单元素靶或多元素靶)和反应气体(氧、氮、碳氢化合物等)通常很容易获得很高的纯度,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。2) 反应磁控溅射中调节沉积工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜,从而达到通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。3) 反应磁控溅射沉积过程中基板温度一般不会有很大的升高,而且成膜过程通常也并不要求对基板进行高温加热,因此对基板材料的限制较少。反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。
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