非對稱脈沖磁控濺射的工作原理
脈沖磁控濺射一般使用矩形波電壓,這不僅是因為用現(xiàn)有的電子器件采用開關工作方式可以方便地獲得矩形波電壓波形,而且矩形波電壓波形有利于研究濺射放電等離子體的變化過程。圖1為用于脈沖濺射的矩形波電壓波形,脈沖周期為T,每個周期中靶被濺射的時間為T-ΔT,ΔT為加到靶上的正脈沖時間 (寬度) 。V和V分別為加到靶上的負脈沖與正脈沖的電壓幅值。為了保持較高的濺射速率,正脈沖的持續(xù)時間ΔT要遠小于脈沖周期T。
為了能在較短的ΔT時間內(nèi)完全中和靶面絕緣層上累積的正電荷,靶面上的正電壓V不能過低,但一般也不高于100V。由于所用的脈沖波形是非對稱性的,因此得名為非對稱脈沖磁控濺射。
圖1 用于脈沖反應濺射的矩形波電壓波形
脈沖濺射與中頻雙靶濺射不同,它一般只使用一個靶。采用脈沖反應磁控濺射技術,P.F rach等實現(xiàn)了長時間穩(wěn)定的Al2O3薄膜沉積,沉積速率達到240 nm/min,制備的Al2O3薄膜厚度達50μm。由于成功地消除了靶的打火,Al2O3薄膜中的缺陷減少了3~4個數(shù)量級[12]。脈沖反應磁控濺射在沉積Si O2、Ti Ox、Ta Ox、Si Nx、DLC、Al2O3、ITO等多種薄膜的過程中都顯示了它的優(yōu)越性。
脈沖濺射對于靶材的散熱更有利,也就是有可能以高功率脈沖供電,因此,濺射工藝有更大的選擇性和靈活性。中頻交流磁控濺射技術和非對稱脈沖濺射技術的出現(xiàn),為化合物反應濺射成膜技術實現(xiàn)工業(yè)化奠定了基礎。