直流溅射，直流磁控溅射，射频磁控溅射的区别 

                                                                              编写人：孙琴琴

1、溅射源不同： 依据溅射源的不同，磁控溅射还有直流和射频之分。两者主要区别就在气体放电方 式的不同。 直流磁控溅射利用的是直流辉光放电，初始电子加速碰撞 Ar 形成氩离子和另一个 电子(α过程)，而氩离子在电场作用下加速碰撞阴极(靶材)也会形成二次电子发射(γ过 程)，当放电达到稳定后进入辉光放电阶段。 射频磁控溅射利用的是射频放电，带电粒子在电极间往复震荡并相互碰撞电离，电 极无需与等离子体接触也能维持放电。

2、磁控溅射特点： 直流溅射又称为阴极溅射或二极溅射。直流溅射过程中，溅射气压是一个重要的参 数，对溅射速率以及薄膜的质量都有很大的影响。在气压低于 1Pa 时，不容易维持自持 放电。这是由于在较低的气压条件下，电子的自由程较长，电子在阳极上消失的几率较 大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。并且离子在阳极上溅射的同时发射出 二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。 随着气体压力的升高，电子的平均自由程减小，原子的电离几率增加，溅射电流增 加，溅射速率提高。 但当气体压力过高时，溅射出来的靶材原子在飞向衬底的过程中将会受到过多的散 射，部分溅射原子甚至会被散射至靶材表面沉积下来，因而其沉积在衬底上的几率反而 下降。磁控溅射的特点是溅射电压大大下降，溅射速率明显提高，另外溅射气压可以较低， 通常在 0.5Pa。磁控溅射是在二极直流溅射的基础上，在靶表面附近增加一个磁场。电 子由于受电场和磁场的作用，做螺旋运动，大大提高了电子的寿命，增加了电离产额， 从而放电区的电离度提高，即离子和电子的密度增加。放电区集中在靶表面，放电区中 的离子密度高，所以入射到靶表面的离子密度大大提高，因而溅射产额大大增加。 

3、对靶材的选择不同： 直流溅射需要靶材具有良好的导电性，对于非金属靶材，需要极高的电压，不容易 实现，因此射频溅射方法出现：将一负电位加在置于绝缘板背面的导体上，在辉光放电 的等离子体中，当正离子向导体板加速飞行时，轰击绝缘板使其溅射。这种溅射只能维持 10-7 秒的时间，此后在绝缘板上积累的正电荷形成的正电位抵消了导体板上的负电 位，因此停止了高能正离子对绝缘板的轰击。此时，如果倒转电源极性，电子就会轰击 绝缘板，并在 10-9 秒的时间内中和掉绝缘板上的正电荷，使其电位为零。这时，再倒 装电源极性，又能产生 10-7 秒时间的溅射。实际溅射工艺的溅射时间至少需要 100 秒， 因此必须使电源极性倒转率 f≥107 次/秒。该频率的极性转换可利用射频发生器完成，溅 射法使用的高频电源的频率已属于射频的范围，其频率区间一般为 5 ~ 30MHz。国际上 通常采用的射频频率多为美国联邦通讯委员会（FCC）建议的 13.56 MHz。

4、溅射条件不同： 直流溅射典型的溅射条件为，溅射气压 8－14Pa，溅射靶电压 3000V，靶电流密度 0.5mA/cm2，薄膜沉积速度低于 0.1mm/min。 磁控溅射方法典型的工作条件为：溅射气压 0.5Pa，靶电压 600V，靶电流密度 20mA/cm2，薄膜沉积速率 2mm/min。 射频溅射典型的数值为 1.0Pa 和 1000V，靶电流密度约 1.0mA/cm2，薄膜的沉积速 率约为 0.5mm/min。 三者对比：二级溅射已经很少用了，磁控溅射应用非常广泛，而对于陶瓷靶材等非 金属靶材，一般采用射频溅射。