作者：深圳市英能電氣有限公司
時間：2023-03-07
脈沖磁控濺射是采用矩形波電壓的脈沖電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流電源進(jìn)行磁控濺射沉積。在提高濺射沉積率、降低沉積溫度等一系列顯著優(yōu)點的同時，脈沖磁控濺射技術(shù)能有效地抑制電弧的產(chǎn)生，從而消除薄膜缺陷。
脈沖可分為雙向脈沖和單向脈沖。雙向脈沖在一個周期內(nèi)存在正電壓和負(fù)電壓兩個階段，在負(fù)電壓段，電源工作于靶材的濺射，正電壓段，引入電子中和靶面累積的正電荷，并使表面清潔，裸露出金屬表面。加在靶材上的脈沖電壓與一般磁控濺射相同(400～500V)，脈沖磁控濺射通常采用方波脈沖波形，在中頻段(20～200kHz)即可有效消除異常弧光放電的發(fā)生，控制靶材放電的時間，保證靶材不中毒、不出現(xiàn)電弧放電，然后斷開靶電壓甚至使得靶材帶正電。因為等離子體中電子運動速度遠(yuǎn)高于離子速度，變換的靶材正電壓一般只需要負(fù)偏壓的10%～20%，即可以防止電弧放電。一些研究認(rèn)為，脈沖寬度(正負(fù)電壓時間比)起著關(guān)鍵作用，脈沖寬度達(dá)到1?！?時有最佳抑制效果；正電壓對電弧放電是否有明顯影響，但沉積速率影響很大。正電壓從10%提高到20%(與負(fù)電壓相比)，沉積速率可提高50%。
脈沖磁控濺射的主要參數(shù)包括濺射電壓、脈沖頻率和占空比。由于等離子體中的電子相對離子具有更高的能動性，因此正電壓值只需要負(fù)電壓值的10%～20%，就可以有效中和靶表面累積的正電荷。脈沖頻率通常在中頻范圍，頻率下限決定于保證靶面累積電荷形成的場強低于擊穿場強的臨界值，頻率上限的確定主要考慮到沉積速率，一般在保證穩(wěn)定放電的前提下，盡可能取較低的頻率。在確保濺射時靶表面積累的電荷在正電壓階段完全中和的前提下，盡可能提高空比，以達(dá)到最大的電源效率。
另一個最新發(fā)展是在襯底上加脈沖偏壓。脈沖偏壓能夠大大提高襯底上的離子束流。在磁控濺射中，直流負(fù)偏壓一般加到－100V時，襯底離子束流即達(dá)到飽和，提高負(fù)偏壓不會增加襯底離子束流，一般認(rèn)為該飽和電流為離子束流，電子無法接近襯底表面。使用脈沖偏壓則不然，研究表明，脈沖偏壓不僅能夠提高襯底飽和電流，而且隨著負(fù)偏壓的增大，飽和電流增大；當(dāng)脈沖頻率提高時，該效應(yīng)更加顯著；該機(jī)制仍然不很清楚，可能與振蕩電場產(chǎn)生的等離子體的離化率及電子溫度較高這一效應(yīng)有關(guān)。襯底脈沖負(fù)偏壓為有效控制襯底電流密度提供了一種新的方法，可應(yīng)用于優(yōu)化膜層結(jié)構(gòu)和附著力，縮短濺射清洗和襯底加熱時間。
