鍍膜方式分為氣相 、液相 、固相三種，真空鍍膜主要以氣相沉積為主。
物理氣相淀積(PVD, physical vapor deposition)
化學(xué)氣相淀積(CVD, chemical vapor deposition)
PVD鍍膜技術(shù)是只發(fā)生物理過程的鍍膜技術(shù)，鍍膜方式主要涵蓋以下三類：
1.真空蒸發(fā)，常用的物理氣相沉積方法之一
電阻 熱蒸發(fā)——常規(guī)的真空蒸發(fā)。
電子束蒸發(fā)。
激光束熔蒸：激光脈沖熔蒸靶材中原子或分子到襯底，生長(zhǎng)外延的氧化物單晶薄膜。
熱壁生長(zhǎng)、離子團(tuán)束生長(zhǎng)
2.濺射，常用的物理氣相沉積方法之一
濺射
RF磁控濺射
DC磁控濺射
離子束濺射
—反應(yīng)濺射，活性氣體，生長(zhǎng)化合物薄膜。
3.分子束外延：MBE，超高真空，緩慢蒸發(fā)過程，多蒸發(fā)源，生長(zhǎng)外延的單晶薄膜。(ALE, MLE)
PVD的概念：
在真空度較高的環(huán)境下，通過加熱或高能粒子轟擊的方法使源材料逸出沉積物質(zhì)粒子（可以是原子、分子或離子），這些粒子在基片上沉積形成薄膜的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵在于：如何將源材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗔Ｗ樱ǘ荂VD的化學(xué)反應(yīng)）。
PVD關(guān)鍵的三個(gè)過程：
一、蒸發(fā)
1.熱蒸發(fā)方式（thermal evaporation）：膜料由電阻加熱絲或蒸發(fā)舟蒸發(fā)，蒸發(fā)材料在真空室中被加熱時(shí),其原子或分子會(huì)從表面逸出（飽和蒸氣壓），沉積到基片上形成薄膜的方式。
（飽和蒸氣壓(PV)：在一定的溫度下,真空室中蒸發(fā)材料的蒸氣在與固體或液體平衡過程中所表現(xiàn)的壓力）
以P和T為坐標(biāo)而繪制的各種元素的飽和蒸氣壓曲線
蒸發(fā)速率隨溫度變化的敏感性：
lgP= A – B/T , A, B 可由實(shí)驗(yàn)確定
蒸發(fā)溫度規(guī)定物質(zhì)在飽和蒸氣壓為1 Pa時(shí)的溫度，
飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系曲線對(duì)于薄膜制作技術(shù)有重要意義，它可以幫助我們合理選擇蒸發(fā)材料和確定蒸發(fā)條件。
蒸發(fā)形式. 蒸發(fā)溫度>meltingpoint, 熔化; 否則, 升華。
常用元素有蒸發(fā)和濺射數(shù)據(jù)表可參考
| 材料 | 蒸發(fā)溫度（K） | 蒸發(fā)源 |
| Al | 1273 | Ta,W |
| Cr | 1478 | W |
| Ag | 1320 | Ta,W,Mo |
蒸發(fā)的兩個(gè)關(guān)鍵：
真空度：P ≤10-3Pa（保證蒸發(fā)，粒子具分子流特征，以直線運(yùn)動(dòng)）
基片距離 (相對(duì)于蒸發(fā)源)：10~50cm（兼顧沉積均勻性和氣相粒子平均自由程）
對(duì)于大多數(shù)可以蒸發(fā)的薄膜材料，蒸發(fā)溫度為1000-2500℃；均方根速度約為105cm.s-1，平均動(dòng)能約為0.1-0.2eV，此數(shù)值只占汽化熱的很小一部分，大部分汽化熱用來克服固體或液體中原子間的吸引力.
蒸發(fā)出的原子是自由、無碰撞的，沉積速度快。
容易根據(jù)蒸發(fā)原料的質(zhì)量、蒸發(fā)時(shí)間、襯底與蒸發(fā)源的距離、襯底的傾角、材料的密度等計(jì)算薄膜的厚度。
早期金屬沉積工藝
蒸發(fā)裝置的選擇和運(yùn)用也很重要，熱效率：熱傳導(dǎo)和熱輻射對(duì)薄膜制備是不利的 (必須使用坩堝或電極冷卻)
比如，在1500°C下蒸發(fā)Al，選用合適的蒸發(fā)源, 所需能量為2.4kW.h/kg；用電阻絲蒸發(fā),所需能量為7-20kW.h/kg；用TiB2電阻加熱蒸發(fā),所需能量為50-100kW.h/kg
以絲壯或片壯直接加熱蒸發(fā):C,Fe, Ti, Rh, Cr；大部分材料,須間接加熱蒸發(fā) → 需一個(gè)放加熱材料的蒸發(fā)源
蒸發(fā)溫度1000-2000°C的材料可用電阻加熱作蒸發(fā)源.
加熱器 → 電阻 → 通電后產(chǎn)生熱量 → 產(chǎn)生熱量使蒸發(fā)材料的分子或原子獲得足夠大的動(dòng)能而蒸發(fā).
電阻加熱裝置的分類和特點(diǎn)：
1.絲狀（0.05-0.13cm)，蒸發(fā)物潤(rùn)濕電阻絲，通過表面張力得到支撐。只能蒸發(fā)金屬或合金；有限的蒸發(fā)材料被蒸發(fā)；蒸發(fā)材料必須潤(rùn)濕加熱絲；加熱絲容易變脆。
2.凹箔：蒸發(fā)源為粉末。
3.錐形絲筐蒸發(fā)小塊電介質(zhì)或金屬
蒸發(fā)材料的選擇
1. 高熔點(diǎn)材料 (蒸發(fā)源材料的熔點(diǎn)>>蒸發(fā)溫度)
2. 減少蒸發(fā)源的污染 (薄膜材料的蒸發(fā)溫度<蒸發(fā)源材料在蒸汽壓10-8Torr時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度)
3. 蒸發(fā)源材料與薄膜材料不反應(yīng)
4. 薄膜材料對(duì)蒸發(fā)源的濕潤(rùn)性
常用的蒸發(fā)源材料有： W、Mo、Ta，耐高溫的金屬氧化物、陶瓷或石墨坩堝
主要問題：
1. 支撐材料與蒸發(fā)物之間可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)；
2. 一般工作溫度在1500~1900℃，難以實(shí)現(xiàn)更高蒸發(fā)溫度，所以可蒸發(fā)材料受到限制；
3. 蒸發(fā)率低；
4. 加熱速度不高，蒸發(fā)時(shí)待蒸發(fā)材料如為合金或化合物，則有可能分解或蒸發(fā)速率不同，造成薄膜成分偏離蒸發(fā)物材料成分。
高溫時(shí)，鉭和金形成合金，鋁、鐵、鎳、鈷等與鎢、鉬、鉭等形成合金
B2O3與鎢、鉬、鉭有反應(yīng)，
W與水汽或氧反應(yīng)，形成揮發(fā)性的WO、WO2或WO3；Mo也能與水汽或氧反應(yīng)生成揮發(fā)性的MoO3
電子束加熱裝置及特點(diǎn)
電子束通過5-10KV 的電場(chǎng)后被加速，然后聚焦到被蒸發(fā)的材料表面，把能量傳遞給待蒸發(fā)的材料使其熔化并蒸發(fā)。
無污染：與坩堝接觸的待蒸發(fā)材料保持固態(tài)不變，蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應(yīng)的可能性很小。（坩堝水冷）
熱電子發(fā)射(金屬在高溫狀態(tài)時(shí),其內(nèi)部的一部分電子獲得足夠的能量而逸出表面);
電子在電場(chǎng)中加速;
聚焦電子束;
聚焦電子束轟擊被鍍材料表面, 使動(dòng)能變成熱能.
直式電子槍
高能電子束轟擊材料將發(fā)射二次電子,二次電子轟擊薄膜會(huì)導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)粗糙,吸收增加, 均勻性變差.
E型電子槍
蒸發(fā)材料與陰極分開(單獨(dú)處于磁場(chǎng)中),二次電子因受到磁場(chǎng)的作用而再次發(fā)生偏轉(zhuǎn), 大大減少了向基板發(fā)射的幾率。
電子束蒸發(fā)的特點(diǎn)：
難熔物質(zhì)的蒸發(fā)；
以較大的功率密度實(shí)現(xiàn)快速蒸發(fā),防止合金分餾;
同時(shí)安置多個(gè)坩堝，同時(shí)或分別蒸發(fā)多種不同物質(zhì)；
大部分電子束蒸發(fā)系統(tǒng)采用磁聚焦或磁彎曲電子束，蒸發(fā)物質(zhì)放在水冷坩堝內(nèi)。蒸發(fā)發(fā)生在材料表面,有效抑制坩堝與蒸發(fā)材料之間的反應(yīng)，適合制備高純薄膜，可以制備光學(xué)、電子和光電子領(lǐng)域的薄膜材料，如Mo、Ta、Nb、MgF2、Ga2Te3、TiO2、Al2O3、SnO2、Si等；
蒸發(fā)分子動(dòng)能較大,能得到比電阻加熱更牢固致密的膜層
電子束蒸發(fā)的缺點(diǎn)：
可使蒸發(fā)氣體和殘余氣體電離，有時(shí)會(huì)影響膜層質(zhì)量；
電子束蒸鍍裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；
產(chǎn)生的軟X射線對(duì)人體有一定的傷害。
激光蒸發(fā)技術(shù)
原理: 激光作為熱源. 高能量的激光束透過真空室窗口,對(duì)蒸發(fā)材料進(jìn)行加熱.
特點(diǎn)：
采用非接觸式加熱, 減少污染, 簡(jiǎn)化真空室,適宜于超真空下制備純潔薄膜;
熱源清潔，無來自加熱體的污染；
表面局部加熱，無來自支撐物的污染；
聚焦可獲得高功率，可沉積陶瓷等高熔點(diǎn)材料以及復(fù)雜成分材料（瞬間蒸發(fā)）；
光束集中，激光裝置可遠(yuǎn)距離放置，可安全沉積一些特殊材料薄膜（如高放射性材料）；
很高的蒸發(fā)速率，薄膜有很高的附著力;
缺點(diǎn)：
膜厚控制困難;可引起化合物過熱分解和噴濺費(fèi)用比較高.
CW CO2激光器(10.6 μm)
釹玻璃激光器
釔鋁石榴石（YAG）激光
ArF 激光——193 nm
KrF 激光——248 nm
凝結(jié)系數(shù)
* 與基板溫度有關(guān)
*與基板表面性質(zhì)有關(guān)
a→1 (金屬蒸汽凝結(jié)在自身固體上)
合金的熱蒸發(fā)
各成分飽和蒸汽壓不同
合金中原子間的結(jié)合力小于在化合物中 不同原子間的結(jié)合力，因而合金中各元素原子的蒸發(fā)過程實(shí)際上可以被看做是各自相互獨(dú)立的過程， 就像它們?cè)诩冊(cè)卣舭l(fā)時(shí)的情況一樣。
蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液態(tài)的成分，后果是沉積后的薄膜成分偏離其固態(tài)的化學(xué)組成。
為保證薄膜組成，經(jīng)常采用時(shí)蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法等。
瞬時(shí)蒸發(fā)法
瞬時(shí)蒸發(fā)法又稱“閃爍”蒸發(fā)法。
將細(xì)小的合金顆粒，逐次送到非常熾熱的蒸發(fā)器中，使一個(gè)一個(gè)的顆粒實(shí)現(xiàn)瞬間完全蒸發(fā)。
關(guān)鍵：
以均勻的速率將蒸鍍材料供給蒸發(fā)源
粉末粒度、蒸發(fā)溫度和粉末比率。
雙源或多源蒸發(fā)法
將要形成合金的每一成分，分別裝入各自的蒸發(fā)源中，然后獨(dú)立地控制其蒸發(fā)速率，使達(dá)到基板的各種原子符合組成要求。（基板轉(zhuǎn)動(dòng)）
化合物的熱蒸發(fā)
化合物蒸發(fā)過程中可能發(fā)生的各種物理化學(xué)變化：無分解蒸發(fā)、固態(tài)分解蒸發(fā)和氣態(tài)分解蒸發(fā)
化合物蒸發(fā)中存在的問題：
蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液態(tài)的成分；（蒸氣組分變化）
在氣相狀態(tài)下，可能發(fā)生化合物各組元間的化合與分解過程，后果是沉積后的薄膜成分可能偏離化合物正確的化學(xué)組成。
對(duì)于初始成分確定的蒸發(fā)源來說，確定的物質(zhì)蒸發(fā)速率之比將隨著時(shí)間變化而發(fā)生變化。
反應(yīng)蒸發(fā)
化合物在高溫蒸發(fā)過程中發(fā)生分解(如Al2O3,TiO2 等會(huì)失氧→吸收增加 →反應(yīng)蒸發(fā).
反應(yīng)蒸發(fā): 在一定的反應(yīng)氣氛中蒸發(fā)金屬或低價(jià)化合物 → 在淀積過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng) → 生成所需的高價(jià)化合物薄膜.（離子氧: 減少反應(yīng)所需的活化能, 提高氧化度）
反應(yīng)蒸發(fā)適用于制備高溫時(shí)易發(fā)生分解的化合物，如Al2O3、TiO2等；飽和蒸氣壓低的化合物；熔點(diǎn)很高的化合物；特別是適合制備過渡金屬與易解吸的O2、N2等反應(yīng)氣體組成的化合物薄膜，例如SiO2、ZrN、AlN、SiC薄膜
在反應(yīng)蒸發(fā)中，蒸發(fā)原子或低價(jià)化合物分子與活性氣體發(fā)生反應(yīng)有三個(gè)可能的部位：
蒸發(fā)源表面（盡可能避免）
蒸發(fā)源到基板的空間（反應(yīng)幾率很?。?/p>
基板表面（主要反應(yīng)部位）
壓強(qiáng)為10-2Pa，蒸汽分子的平均自由程約50 cm，氣體分子碰撞到基板上的幾率約為4×1016個(gè)/cm2·s
二、濺射（Sputtering）
濺射鍍膜是除真空蒸發(fā)之外，常用的物理沉積方法。
濺射現(xiàn)象是一百多年前格洛夫（Grove）發(fā)現(xiàn)的，利用帶電荷的陽(yáng)離子在電場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)制成的靶電極（陰極），入射離子在與靶面原子的碰撞過程中，通過動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，將后者濺射出來，這些被濺射出來的原子將沿著一定的方向射向襯底，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的PVD沉積。
兩者比較：
蒸發(fā)：依靠源材料的晶格振動(dòng)能克服逸出功形成沉積粒子的熱發(fā)射，
即：外加能量 (電阻/電子束/激光/電弧/射頻)加熱→晶格振動(dòng)能→克服逸出功→氣態(tài)逸出
濺射：高能離子輸入動(dòng)能→彈性碰撞傳遞能量→更高動(dòng)能粒子逸出 (碰撞發(fā)射)，是高能轟擊粒子 (離子) 與靶材原子間 動(dòng)能/動(dòng)量傳遞的結(jié)果！
濺射可以鍍膜，也可以進(jìn)行刻蝕
①濺射產(chǎn)物粒子以一定空間角發(fā)射，且與入射離子的方向有關(guān)；
② 單個(gè)入射離子轟擊出的產(chǎn)物粒子數(shù)與入射離子的能量/質(zhì)量都有關(guān)（1.2均可用彈性碰撞理論解釋）
③濺射產(chǎn)物粒子的平均速度 >> 蒸發(fā)出的粒子。
氣體放電/等離子體的產(chǎn)生是濺射的基礎(chǔ)
放電系統(tǒng)的構(gòu)成與放電條件：
1、系統(tǒng)構(gòu)成：
2、放電條件：
真空環(huán)境：
→P= 10-1~10-2 Pa
放電氣體：
→需要充入惰性氣體(一般為Ar氣)！
外加電場(chǎng)：
→在其作用下，電子被加速并與放電氣體分子碰撞，這種碰撞使放電氣體被電離，形成陽(yáng)離子 (Ar+) 和自由電子 (e)，并分別在電場(chǎng)作用下被加速，進(jìn)而飛向陰極（靶材）和陽(yáng)極。
放電過程與典型伏安特性曲線：
直流氣體放電的伏安特性曲線及放電區(qū)域劃分
1、放電區(qū)域的劃分：
隨放電電流-，依次經(jīng)歷三階段：
無光放電區(qū)→輝光放電區(qū)→弧光放電區(qū)
2、放電過程分析：
1）無光放電區(qū)：因放電中無可見光輻射而得名！
AB段：載流子加速階段！
■ 少量自發(fā)離化產(chǎn)生的帶電粒子被電場(chǎng)加速；
■ -電壓 V↑→游離電離粒子速度↑-→電流 I-↑
BC段：加速飽和段
■ 上述電離粒子速度達(dá)到飽和→繼續(xù) ↑-V，I卻保持不變(飽和)
CD段：湯生放電區(qū)(TownsendRegime)：碰撞電離階段！
■ 繼續(xù)↑ -V→帶電離子和電子的動(dòng)能 Ek↑ →能碰撞電離氣體分子的電子數(shù)↑- →電離出大量eII和陽(yáng)離子
→ 載流子數(shù)量↑↑→I --，但同時(shí)V 只是輕微↑-
DE段：電暈放電區(qū)(Corona Regime)：
■ 電極尖端出現(xiàn)跳躍的電暈光斑 (局部電場(chǎng)強(qiáng)度極高，導(dǎo)致電暈放電)
2）輝光放電區(qū)：因電極間有明亮輝光出現(xiàn)而得名
原因：電子與原子/陽(yáng)離子碰撞，碰撞電子或獲得能量躍遷到高能態(tài)的外層電子回到基態(tài)，并以光子形式釋放能量，從而形成輝光。
EF段：氣體擊穿區(qū)，雪崩放電！
■ V>VB (擊穿電壓)→氣體突然發(fā)生放電擊穿
而形成雪崩放電；
■ 氣體中荷電粒子濃度--→開始形成等離子體；
■ 等離子體的 R隨電離度-而下降 →I -上升，V 反而下降
■ 同時(shí)放電由尖端等不規(guī)則位置向整個(gè)表面擴(kuò)展
FG段：正常輝光放電區(qū)，輝光區(qū)域向整個(gè)電極之間空間擴(kuò)展
■ 等離子體自持放電，并趨于飽和；
■ 輝光區(qū)域向整個(gè)電極間空間擴(kuò)展；
■ 載流子數(shù)量不斷上升 -→ V=const，而 I-上升；
■ 輝光亮度不斷升高；
■ 到G點(diǎn)后，輝光區(qū)域充滿兩極之間空間。
GH段：異常輝光放電區(qū)，濺射工作段
■ 越過G點(diǎn)后，輝光區(qū)已布滿兩極間的整個(gè)空間；
■ 繼續(xù)-電源功率-→I 隨V -上升而單調(diào)上升-；
■ 實(shí)際上進(jìn)入過飽和輝光放電階段
注意：該階段因下列理由而成為濺射鍍膜的工作階段：
1）I隨V 上升-而上升-，可通過放電電壓控制放電電流；
2）可提供分布區(qū)域大而均勻的等離子體；
3）利于實(shí)現(xiàn)大面積均勻可控的薄膜沉積。
3）弧光放電區(qū)：電弧放電階段
HI段：電弧擊穿區(qū)，放電由輝光轉(zhuǎn)為弧光放電
IJ段：低溫等離子電弧放電區(qū)(非熱平衡電弧放電區(qū))
■ 等離子體分布區(qū)域急劇收縮，陰極表面出現(xiàn)很多孤立陰極斑點(diǎn)；
■ 斑點(diǎn)內(nèi)載流子密度極高，電流密度>108A/cm2 →局部短路、高溫，整體電阻下降→I上升 -，V反而下降
JK段：高溫?zé)崞胶怆娀》烹妳^(qū)：TP不斷-上升而形成 → V不變而I 不斷上升-(載流子密度再次-，焊接、噴涂用)
3.輝光放電區(qū)的分布：
1）總體特征：
→從陰極到陽(yáng)極：輝光區(qū)與暗區(qū)交替出現(xiàn)！
2）具體現(xiàn)象 (從陰極到陽(yáng)極)：
阿斯頓暗區(qū)：第 一個(gè)暗區(qū)！
■ 該區(qū)內(nèi)電子能量低，很難因碰撞而釋放出光子。
陰極輝光區(qū)：第 一個(gè)輝光區(qū)！
■ 通過阿斯頓暗區(qū)后，電子加速獲得高動(dòng)能，碰撞
電離氣體，并不斷與陽(yáng)離子湮滅產(chǎn)生光子。
陰極暗區(qū)：又稱Crookes暗區(qū)！
■ 電子/離子主要加速區(qū)，區(qū)內(nèi)的電勢(shì)差大；
■ 該區(qū)電子碰撞后能量再次下降，不能電離氣體。
負(fù)輝光區(qū)：第二個(gè)輝光區(qū)，基片放置區(qū)域
■ 電子在陰極暗區(qū)加速，在此區(qū)碰撞釋放動(dòng)能；
■ 碰撞產(chǎn)生高濃度正離子，正離子濃度較高；
■ 電子湮滅幾率-上升→ 產(chǎn)生大量光子→輝光較強(qiáng)區(qū)；
■ 區(qū)內(nèi)電勢(shì)差→0，濺射鍍膜過程中，基片通常被置于此區(qū)域內(nèi)，并與陽(yáng)極一起接地。
■ 只有少量電子能穿過該區(qū)繼續(xù)飛向陽(yáng)極
法拉第暗區(qū)：第三個(gè)暗區(qū)
■ n+、n- 下降，且電子能量下降，暗區(qū)再度形成。
正輝光區(qū)：又稱陽(yáng)極光柱
陽(yáng)極輝光區(qū)
陽(yáng)極暗區(qū)
■由于濺射鍍膜時(shí)，基片往往與陽(yáng)極一起接地而處于零電位，且放置在負(fù)輝光區(qū)，后面四個(gè)區(qū)域基本不會(huì)出現(xiàn)，也不影響濺射鍍膜過程！
3、輝光放電等離子體的特點(diǎn)：
與電弧等離子體相比，荷電粒子濃度及能量都較低；
需要較高的放電電壓，一般 > 1000 V；
等離子體中重粒子能量 << 電子能量；
電子溫度很高，而其它粒子溫度很低；
例如：輝光放電等離子體的當(dāng)?shù)販囟纫话?lt;1000K，但其電子動(dòng)能可達(dá)1-10eV，根據(jù) Te= Ek/k計(jì)算，其Te =(1-10) eV×1.602x10E-19J/eV/1.38x10E-23J/K≈10E4~10E5K
濺射沉積技術(shù)
一、濺射閾值(Threshold Energy, 記為Et)：
1、概念：將靶材原子濺射出來，入射離子需要具備的較小能量水平。
2、規(guī)律：
Et 與入射離子的質(zhì)量無明顯相關(guān)性；
Et 主要取決于靶材：靶材的原子序數(shù)越大，則其 Et 值越小；
大多數(shù)金屬的 Et ≈10~40eV，約為其升華熱的數(shù)倍。
二、濺射產(chǎn)額(Sputtering Yield, 記為P)：
1、概念：平均每個(gè)正離子轟擊靶材時(shí)，可從靶材中濺射出的原子個(gè)數(shù)。
2、規(guī)律：與入射離子的種類、能量及角度，以及靶材種類及溫度有關(guān)。
入射離子的影響：
■種類 (見下圖1)：周期性升高！
對(duì)應(yīng)元素的原子序數(shù)-上升P-、且同周期內(nèi)惰性氣體離子的P高；
■能量 (見下圖2)：E >Et 后，升à飽和à降！
E<150 eV，P μ E2； E =150~104 eV，P→飽和； E >104 eV，P下降
■入射角 (見下圖3)：緩升à急升à急降！
q=0~60o，P μ cos-1q； q=60~80o，P--上升→max； q=80~90o，P下降→0
2、規(guī)律：與入射離子的種類、能量及角度，
以及靶材種類及溫度有關(guān)。
靶材的影響：
■種類 (見右圖4)：也是周期性升高！
靶材的原子序數(shù)上升 → P上升、但有周期性“回頭”現(xiàn)象；
■溫度 (見右圖5)：高于臨界溫度后急劇升高！
臨界溫度以下：P 基本與溫度無關(guān)；
高于臨界溫度：靶材原子鍵合減弱 →T上升則P上升
因此：控制靶材的溫升很重要，不能過高！
三、濺射原子的能量特征：
高于蒸發(fā)原子1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，一般1-20eV或更高；
原子序數(shù)上升，則能量越上升；反之，則逸出速度越快；
入射離子能量不變時(shí)，其質(zhì)量上升，則濺射原子的能量上升；
濺射原子的平均能量隨入射離子能量上升而上升，但當(dāng)入射能量高到一定水平后，則趨于飽和而不再上升。
濺射沉積技術(shù)優(yōu)點(diǎn)（與蒸發(fā)技術(shù)相比）：
1、可濺射沉積任何能做成靶材的材料，特別是高熔點(diǎn)材料 (如：石墨、Ti、Ta、W、Mo等)；
2、由于沉積原子能量較高，薄膜組織均勻致密，與基片的結(jié)合力較高；
3、制備合金薄膜時(shí)，成分控制容易保證；
4、利用反應(yīng)濺射技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)化合物薄膜沉積；
5、薄膜的物相成分、梯度、膜厚控制精確，工藝重復(fù)性好；
6、沉積原子能量較高，還可以改善薄膜對(duì)復(fù)雜形狀表面的覆蓋能力，降低薄膜的表面粗糙度。
濺射沉積技術(shù)缺點(diǎn)：
1、沉積速率不高；
2、等離子體對(duì)基片存在輻射、轟擊作用，不但可引起基片溫升，而且可能形成內(nèi)部缺陷。
濺射沉積技術(shù)分類：
直流濺射
(二極系統(tǒng))：只適用于靶材為良導(dǎo)體的濺射
濺射氣壓1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。
陰-陽(yáng)極距離適中，大約為陰極暗區(qū)的2倍
濺射電壓1-5KV。
靶材必須為金屬。不能濺射介質(zhì)材料(正離子打到靶材料上產(chǎn)生正電荷積累,靶表面電位升高,正離子不能繼續(xù)轟擊靶材料, 濺射終止)
為保證薄膜的均勻性，陰極面積大約為襯底的2倍。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;可長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行濺射;;濺射速率底; 基板表面因受到電子轟擊而有較高溫度.
(三極系統(tǒng))：是在二極系統(tǒng)基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)
改進(jìn)思路：增加額外電子源(輔助燈絲)→增加放電區(qū)電子密度
→低壓下就可以維持放電，并獲得高離化率
→沉積速率上升、雜質(zhì)氣體對(duì)鍍膜的污染下降
→薄膜質(zhì)量上升、-沉積效率上升
比較：
■ 二極濺射系統(tǒng)：真空度不能太高，否則不能維持放電；
■ 三極/四極系統(tǒng)：有輔助電子槍提供更多高能電子→-離化率下降
→可低氣壓 (高真空)自持放電→污染下降，-效率上升
■ 射頻濺射系統(tǒng)：高頻耦合放電，放電電壓下降、真空度-上升
多極直流濺射裝置的優(yōu)、缺點(diǎn)：
真空度較高，工作電壓顯著降低；
減少了鍍膜污染；
沉積速率有一定提高；
大面積的均勻等離子體仍較難獲得；
薄膜沉積速率仍然有限(慢)。
射頻濺射
出發(fā)點(diǎn)：解決不具導(dǎo)電性的非金屬材料濺射鍍膜問題！
使用直流電源，靶材同時(shí)是陰極，不導(dǎo)電無法實(shí)現(xiàn)濺射！
實(shí)現(xiàn)方法：
使用交變頻率 >> 50 kHz的交流電源；
在電源和放電室之間配置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使交變電場(chǎng)能量耦合到放電室內(nèi)；
電子與高頻交變電場(chǎng)共振獲得能量，繼而不斷與氣體分子碰撞使之電離；
靶材是絕緣體，且基片接地極為重要。
原理：
利用靶材相對(duì)于等離子體的周期性自偏壓實(shí)現(xiàn)濺射
靶材非導(dǎo)體，離子質(zhì)量大→ 運(yùn)動(dòng)慣性 >>電子，
交變電場(chǎng)下：
→電子可全部到達(dá)絕緣靶材表面，陽(yáng)離子只有部分到達(dá)
→靶材表面形成周期性負(fù)電荷富集
→形成相對(duì)于等離子體的負(fù)電位
→等離子體始終處于正電位Vp，且始終成立：
Vp >Vc（靶電極電位） Vp > Vd（地電極電位→爐體及基片）
特點(diǎn)
電場(chǎng)耦合形成高能電子振蕩，離化率比二極濺射高得多，可在高真空下實(shí)現(xiàn)濺射沉積 (P≤1Pa)；
電場(chǎng)通過交變阻抗網(wǎng)絡(luò)而非導(dǎo)電電極形式實(shí)現(xiàn)耦合，電極 (靶材+基片)不要求一定是導(dǎo)體，
→可以實(shí)現(xiàn)各種材料(金屬、非金屬、半導(dǎo)體等)薄膜的沉積
磁控濺射
原理：與電場(chǎng)方向正交的磁場(chǎng)可有效束縛電子的運(yùn)動(dòng)，形成“磁籠”效應(yīng)，從而顯著延長(zhǎng)電子運(yùn)動(dòng)路徑，提高電子與離化氣體的碰撞幾率，進(jìn)而提高氣體離化率，并有效抑制高能電子對(duì)基片的轟擊。
磁場(chǎng)力：電子受洛侖茲力作用：F洛 =-qv×B，形成的加速度
垂直于電子瞬時(shí)速度，迫使其不斷改變運(yùn)動(dòng)方向；
電場(chǎng)力：電子受庫(kù)倫力作用：F庫(kù)= -qE，形成的加速度不變，
且永遠(yuǎn)指向陽(yáng)極表面；
運(yùn)動(dòng)：橫向受 F洛 水平分量作用→ 電子不斷漂移；
縱向受 F洛 垂直分量和 F庫(kù)聯(lián)合作用 → 周期性±速、振蕩！
結(jié)果：電子被束縛在靶面附近區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)程振蕩運(yùn)動(dòng)！
出發(fā)點(diǎn)：解決濺射兩大問題！
慢：二次電子利用率不高
→離化率不高
→沉積速率低；
熱：不能避免二次電子轟擊基片 (陽(yáng)極)。
實(shí)現(xiàn)方法：在靶材 (陰極)表面附近布置磁體或線圈，使靶面附近出現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與靶面基本平行，而與電場(chǎng)方向正交！
磁控濺射的優(yōu)勢(shì)分析：
磁約束 →電子運(yùn)動(dòng)路徑上升→其與氣體分子的碰撞幾率上升 →絕大部分二次電子的高動(dòng)能被用于氣體的電離→氣體離化率上升→正離子產(chǎn)率上升→濺射速率上升幾個(gè)數(shù)量級(jí)！
注意：這就是磁控濺射可在低壓下獲得極高的離化率、
很高的離子電流密度和沉積速率的原因。
磁控濺射的典型工作參數(shù)及比較分析：
真空度 P (濺射氣體采用Ar氣）：<0.5 Pa
→與普通直流濺射相比：真空度更高→薄膜污染幾率更??！
放電電壓：一般在600V以下
→無須高壓直流電源！
離子電流密度：>20mA/cm2
→顯著提高→顯示有更多濺射氣體被離化→離化率上升
沉積速率：>數(shù)十um/min
→鍍膜速度顯著提高！
基片溫升：<300~500℃，甚至可以低于100℃！
→有效防止二次電子對(duì)基片的轟擊，甚至可在聚合物表面安全鍍膜！
磁控濺射系統(tǒng)
磁控濺射比直流濺射的沉積速率高很多。原因：
1、磁場(chǎng)中電子的電離效率提高
2、在較低氣壓下（0.1Pa)濺射原子被散射的幾率減小，提高了入射到襯底上的原子的能量，從而提高薄膜的質(zhì)量。
反應(yīng)濺射
與反應(yīng)蒸發(fā)相類似，在濺射過程中引入反應(yīng)氣體，就可以控制生成薄膜的組成和特性，稱為“反應(yīng)濺射”
制備化合物薄膜時(shí)，可以直接使用化合物作為靶材。但有時(shí)化合物濺射會(huì)發(fā)生化合物分解的情況，使沉積的薄膜在成分上與靶材有很大的差別。上述現(xiàn)象的原因是濺射環(huán)境中相應(yīng)元素的分壓低于形成相應(yīng)化合物所需的壓力。因此，解決問題的辦法是調(diào)整氣體的組成和壓力，通入相應(yīng)的活性氣體，抑制化合物的分解。
濺射淀積高純介質(zhì)薄膜和各種化合物薄膜，必須先有高純靶。高純的氧化物、氮化物、碳化物、或其它化合物粉末并不難得，但是，加工成靶確是很難的。采用純金屬作濺射靶，但在工作氣體中混入適量的反應(yīng)氣體（如O2、N2、NH3、CH4、H2S等），在濺射沉積的同時(shí)生成所需的化合物。
利用反應(yīng)濺射方法可以制備：
氧化物，如Al2O3、SiO2、In2O3、SnO2
碳化物，如SiC、WC、TiC
氮化物，如TiN、AlN、Si3N4
硫化物，如CdS、ZnS、CuS
復(fù)合化合物，如碳氮化物Ti(C,N)、Al(O,N)
通常靶反應(yīng)濺射過程分為：靶面反應(yīng)、氣相反應(yīng)、基片反應(yīng)。
靶面反應(yīng):靶面金屬與反應(yīng)氣體之間的反應(yīng)，結(jié)果影響淀積薄膜的質(zhì)量和成分。關(guān)鍵是防止在靶面上形成穩(wěn)定化合物（如鋁靶）。
氣相反應(yīng):逸出靶面的原子在到達(dá)基片之前與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)形成化合物。
基片反應(yīng):濺射原子在基片表面形成所需要的化合物。要求到達(dá)基片的金屬原子與反應(yīng)氣體分子之間維持一定的比例;保持適當(dāng)?shù)幕瑴囟取?/p>
反應(yīng)濺射時(shí)遇到的問題：
隨著活性氣體壓力的增加，靶材表面也要形成一層相應(yīng)的化合物,并導(dǎo)致濺射和薄膜沉積速率的變化。更嚴(yán)重的是，陽(yáng)極上生成化合物,導(dǎo)致陽(yáng)極不能再接受電子??即出現(xiàn) 2陽(yáng)極消失2 現(xiàn)象, 以至濺射過程不能穩(wěn)定進(jìn)行；同時(shí),靶面上形成的化合物會(huì)使得靶面上發(fā)生電荷積累、不時(shí)引起電弧放電，損害靶材與薄膜。上述反應(yīng)濺射特有的靶上形成化合物的現(xiàn)象被稱為 “靶中毒” 現(xiàn)象。
降低靶中毒措施：
將反應(yīng)氣體的輸入位置盡量設(shè)置在遠(yuǎn)離靶材而靠近襯底的地方，提高活性氣體的利用效率，抑制其與靶材表面反應(yīng)的進(jìn)行。
提高反應(yīng)氣體的活性，以降低其所需的壓力(使用高活性氣體/等離子體)
提高靶材的濺射速率，降低活性氣體吸附的相對(duì)影響
中頻或脈沖濺射：導(dǎo)致靶中毒問題出現(xiàn)的原因在于靶材與陽(yáng)極表面出現(xiàn)化合物層和電荷積累。顯然，若可以每隔一段時(shí)間讓靶及陽(yáng)極表面積累的電荷得以釋放的話，就可避免靶面打火等現(xiàn)象的出現(xiàn)?？刹扇?duì)濺射靶周期地施加交變電壓的方法，不斷提供釋放靶電荷的機(jī)會(huì)。
