這篇文章介紹一部分磁控濺射鍍膜時工藝參數(shù)對最終成膜質(zhì)量的影響。首先列舉一下工藝參數(shù)的范圍：濺射壓強(qiáng)、濺射功率、靶基距、襯底類型、襯底溫度、背景真空度、殘余氣體的處理以及退火處理等。

由于我們選擇靶材，襯底以及工作氣體的不同工藝參數(shù)的影響也會產(chǎn)生變化，因此本文主要對部分工藝參數(shù)的影響原因以及理論結(jié)果進(jìn)行簡介，讀者朋友們還是更多了解分析方法從實(shí)驗(yàn)中獲得自己理想的數(shù)據(jù)哦~

本文先介紹濺射氣壓、靶基距以及濺射功率三個工藝參數(shù)

1：濺射氣壓的影響

簡單來說，濺射氣壓主要影響在于濺射離子的能量，離子能量影響離子到達(dá)襯底時遷移以及擴(kuò)散等能力，會對電阻率，表面平滑度等產(chǎn)生影響。

濺射氣壓與與濺射粒子的平均自由程以及氣體電離有關(guān)。氣壓過高，氣體電離提高，但是平均自由程降低導(dǎo)致濺射原子到達(dá)襯底以前碰撞次數(shù)太多，從而損失很多能量，到達(dá)襯底后遷移能力受限，結(jié)晶質(zhì)量變差；氣壓過低，平均自由程降低，但是氣體電離會困難，難以發(fā)生濺射起輝效果。

因此，磁控濺射鍍膜時改變?yōu)R射氣壓成膜質(zhì)量會存在一個拐點(diǎn)，保證電離的同時需要也要降低氣體平均自由程，提高濺射粒子到達(dá)襯底表面時的能量，以便遷移擴(kuò)散。

2：靶基距與濺射功率

靶基距太大，濺射原子到達(dá)襯底碰撞次數(shù)過多，能量損失大，不利于薄膜的成核和長大且降低沉積速率。但是，靶基距太近會導(dǎo)致薄膜受到帶電粒子轟擊，且沉積速率太快會導(dǎo)致薄膜內(nèi)部各種缺陷密度增加。

濺射功率實(shí)質(zhì)與靶基距一樣，最終影響濺射速率。當(dāng)濺射功率過低時，沉積速率低，濺射原子到達(dá)襯底能量也低；濺射功率過高時，雖然可以提高濺射粒子能量，但是沉積速度過快，影響成膜質(zhì)量，除此之外，過高的濺射功率會損傷靶材。

1：沉積速率

2：襯底類型

3：襯底溫度

正文開始~

1：沉積速率

（1）影響的是什么？

沉積速率主要影響的是濺射原子在襯底表面的遷移時間，從而間接影響成核數(shù)量、膜內(nèi)應(yīng)力、表面粗糙度、內(nèi)部缺陷以及表面粗糙度等因素

（2）綜合分析

通常情況下，沉積速率低會導(dǎo)致原子在襯底上遷移時間長，容易在到達(dá)吸附點(diǎn)位置之前就被其余的小島所俘獲，從而形成較大的晶粒，這會使得薄膜表面粗糙、不致密。除此之外，吸附原子到達(dá)襯底后，后續(xù)原子長時間不到達(dá)，暴露的原子容易吸附殘余氣體分子或其他雜質(zhì)。

如果沉積速率過高，雖然會使薄膜晶粒細(xì)化且致密，但是成核過多，核的能量過多，都會導(dǎo)致薄膜內(nèi)部應(yīng)力過大，缺陷也會增多。

因此，實(shí)驗(yàn)時需要通過濺射功率，靶基距等因素控制沉積速率，尋找拐點(diǎn)，達(dá)到薄膜最佳參數(shù)

2：襯底類型

（1）影響的是什么？

襯底是鍍膜的載體，襯底和薄膜之間存在結(jié)合力，結(jié)合力的大小會影響兩者間附著能力

另外由于溫度不是一個常量，襯底的熱膨脹系數(shù)通常要與薄膜相近，否則也容易造成脫落。

（2）綜合分析

表面能高的襯底與薄膜附著力強(qiáng)，薄膜與襯底之間界面能越高附著力越差（襯底平整度，晶面指數(shù)以及熱膨脹系數(shù)也相關(guān)）

襯底選擇時考慮兩個因素：膜基結(jié)合力和化學(xué)穩(wěn)定性。

膜基結(jié)合力包括如下兩點(diǎn)：

（1）襯底與薄膜的晶格匹配度（匹配度過大，導(dǎo)致薄膜無法很好的外延生長，引起缺陷過多，易脫落）

晶格匹配度計算公式

其中，ae是膜層材料晶格系數(shù)，ac是襯底材料晶格系數(shù)

3：襯底溫度

（1）影響的是什么？

簡單來說，襯底溫度影響濺射原子在襯底的擴(kuò)散能力

（2）綜合分析

濺射原子再薄膜表面的擴(kuò)散能力影響薄膜的結(jié)晶情況，沉積溫度直接決定表面原子的擴(kuò)散能力。

通常來說，襯底溫度低，薄膜容易形成無定形結(jié)構(gòu)，沉積原子很快失去動能，快速在表面凝結(jié)，這樣形成的表面比較光滑致密，但是缺陷會較多；當(dāng)溫度升高，原子的生長動能加大，跨越表面勢壘的概率也隨之增大，特別是金屬原子更易結(jié)晶，這樣子薄膜卻鮮少，內(nèi)部應(yīng)力也小，但是晶粒體積增大會導(dǎo)致薄膜表面粗糙度增加。

除此之外，對于不同材料，襯底溫度高低會影響薄膜表面附著力，需要通過實(shí)驗(yàn)測試。