磁控濺射技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于材料表面改性和薄膜沉積的重要技術(shù)。而磁控濺射靶材作為該技術(shù)的核心組成部分，其質(zhì)量和性能直接決定了所制備薄膜的品質(zhì)和特性。本文將對(duì)磁控濺射靶材進(jìn)行全面深入的介紹。磁控濺射靶材的要求較傳統(tǒng)材料行業(yè)高，一般要求如：尺寸、平整度、純度、各項(xiàng)雜質(zhì)含量、密度、N/O/C/S、晶粒尺寸與缺陷控制；較高要求或特殊要求半酣：表面粗糙度、電阻值、晶粒尺寸均勻性、成份與組織均勻性、異物（氧化物）含量與尺寸、導(dǎo)磁率、超高密度與超細(xì)晶粒等等。磁控濺射靶材是指在磁控濺射過(guò)程中，被高能粒子轟擊而產(chǎn)生濺射原子或分子，進(jìn)而在基底上沉積形成薄膜的材料。它通常由具有特定化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成，如金屬、合金、化合物等。電子在電場(chǎng)E的作用下，在飛向基片過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場(chǎng)作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會(huì)受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生E（電場(chǎng)）×B（磁場(chǎng)）所指的方向漂移，簡(jiǎn)稱(chēng)E×B漂移，其運(yùn)動(dòng)軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場(chǎng)，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)路徑不僅很長(zhǎng)，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar 來(lái)轟擊靶材，從而實(shí)現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠(yuǎn)離靶表面，并在電場(chǎng)E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過(guò)程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復(fù)雜的散射過(guò)程，和靶原子碰撞，把部分動(dòng)量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級(jí)聯(lián)過(guò)程。在這種級(jí)聯(lián)過(guò)程中某些表面附近的靶原子獲得向外運(yùn)動(dòng)的足夠動(dòng)量，離開(kāi)靶被濺射出來(lái)。磁控濺射一般分為二種：直流濺射和射頻濺射，其中直流濺射設(shè)備原理簡(jiǎn)單，在濺射金屬時(shí)，其速率也快。而射頻濺射的使用范圍更為廣泛，除可濺射導(dǎo)電材料外，也可濺射非導(dǎo)電的材料，同時(shí)還司進(jìn)行反應(yīng)濺射制備氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射頻的頻率提高后就成為微波等離子體濺射，常用的有電子回旋共振(ECR)型微波等離子體濺射。金屬濺射鍍膜靶材，合金濺射鍍膜靶材，陶瓷濺射鍍膜靶材，硼化物陶瓷濺射靶材，碳化物陶瓷濺射靶材，氟化物陶瓷濺射靶材 ，氮化物陶瓷濺射靶材 ，氧化物陶瓷靶材，硒化物陶瓷濺射靶材 ，硅化物陶瓷濺射靶材 ，硫化物陶瓷濺射靶材 ，碲化物陶瓷濺射靶材 ，其他陶瓷靶材，摻鉻一氧化硅陶瓷靶材(Cr-SiO)，磷化銦靶材(InP)，砷化鉛靶材(PbAs)，砷化銦靶材(InAs)。金屬靶材具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，能夠制備出高純度、均勻性好的金屬薄膜，廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。例如，在集成電路制造中，銅靶材用于制備導(dǎo)電線路，提高電路的性能和集成度。合金靶材則結(jié)合了多種金屬的特性，可根據(jù)不同的需求調(diào)整成分比例，以獲得特定性能的薄膜。比如鎳鉻合金靶材常用于制備電阻薄膜，滿(mǎn)足電子元件對(duì)電阻值的精確要求。陶瓷靶材由于其優(yōu)異的絕緣性、耐磨性和光學(xué)性能，在光學(xué)鍍膜、防護(hù)涂層等方面有著重要應(yīng)用。例如，氧化鈦陶瓷靶材可制備出具有抗反射和自清潔功能的薄膜。1.金屬靶材：包括純金屬靶材（如銅、鋁、鎳等）和合金靶材（如不銹鋼、鋁合金等）。2.化合物靶材：如氧化物靶材（如二氧化硅、氧化鋁等）、氮化物靶材（如氮化硅、氮化鋁等）、碳化物靶材（如碳化硅、碳化鎢等）等。1. 平面靶材：具有簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，常用于常規(guī)的磁控濺射設(shè)備中。2.旋轉(zhuǎn)靶材：可實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，提高靶材的利用率和沉積薄膜的均勻性。1、純度：高純度的靶材可確保沉積薄膜的純度和性能。一般要求靶材的純度在 99.9%以上。2、致密度：高致密度的靶材可減少濺射過(guò)程中的顆粒污染，提高薄膜的質(zhì)量和均勻性。3、化學(xué)成分均勻性：靶材的化學(xué)成分應(yīng)均勻分布，以保證沉積薄膜的成分穩(wěn)定。4、晶體結(jié)構(gòu)：合適的晶體結(jié)構(gòu)有助于提高靶材的濺射效率和薄膜的性能。5、尺寸和形狀精度：靶材的尺寸和形狀應(yīng)符合設(shè)備要求，以確保良好的安裝和濺射效果。6、熱穩(wěn)定性：在濺射過(guò)程中，靶材會(huì)受到高溫和高能粒子的沖擊，因此需要具有良好的熱穩(wěn)定性。7、耐腐蝕性：靶材應(yīng)具有一定的耐腐蝕性，以延長(zhǎng)其使用壽命。沉積速率或成膜速率是衡量磁控濺射機(jī)效率的重要參數(shù)。
影響沉積速率的因素有很多，包括工作氣體的種類(lèi)、工作氣體的壓力、濺射靶的溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。但是今天，我們要談?wù)動(dòng)绊懘趴貫R射靶材鍍膜沉積速率的3個(gè)重要因素：濺射電壓、電流和功率。濺射電壓對(duì)成膜速率的影響有這樣一個(gè)規(guī)律：電壓越高，濺射速率越快，而且這種影響在濺射沉積所需的能量范圍內(nèi)是緩和的、漸進(jìn)的。在影響濺射系數(shù)的因素中，在濺射靶材和濺射氣體之后，放電電壓確實(shí)很重要。一般來(lái)說(shuō)，在正常的磁控濺射過(guò)程中，放電電壓越高，濺射系數(shù)越大，這意味著入射離子具有更高的能量。因此，固體靶材的原子更容易被濺射出并沉積在基板上形成薄膜。磁控靶的濺射電流與濺射靶材表面的離子電流成正比，因此也是影響濺射速率的重要因素。磁控濺射有一個(gè)普遍規(guī)律，即在最佳氣壓下沉積速度最快（根據(jù)不同的濺射靶材和不同的濺射項(xiàng)目）。因此，在不影響薄膜質(zhì)量和滿(mǎn)足客戶(hù)要求的前提下，從濺射良率考慮氣體壓力的最佳值是合適的。改變?yōu)R射電流有兩種方法：改變工作電壓或改變工作氣體壓力。濺射功率對(duì)沉積速率的影響類(lèi)似于濺射電壓。一般來(lái)說(shuō)，提高磁控靶材的濺射功率可以提高成膜率。然而，這并不是一個(gè)普遍的規(guī)則。在磁控靶材的濺射電壓低（例如200伏左右），濺射電流大的情況下，雖然平均濺射功率不低，但離子不能被濺射，也不能沉積。前提是要求施加在磁控靶材上的濺射電壓足夠高，使工作氣體離子在陰極和陽(yáng)極之間的電場(chǎng)中的能量足夠大于靶材的“濺射能量閾值” 。優(yōu)質(zhì)的磁控濺射靶材需要具備高純度、高密度、均勻的微觀結(jié)構(gòu)和良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制原材料的純度、加工工藝以及質(zhì)量檢測(cè)等環(huán)節(jié)至關(guān)重要。先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，如粉末冶金、真空熔煉等，能夠有效地提高靶材的性能。
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