定義

以一定能量的粒子（離子或中性原子、分子）轟擊固體表面，使固體近表面的原子或分子獲得足夠大的能量而最終逸出固體表面的工藝。濺射只能在一定的真空狀態(tài)下進行。

原理

濺射用的轟擊粒子通常是帶正電荷的惰性氣體離子，用得最多的是氬離子。氬電離后，氬離子在電場加速下獲得動能轟擊靶極。當氬離子能量低于5電子伏時,僅對靶極最外表層產(chǎn)生作用，主要使靶極表面原來吸附的雜質(zhì)脫附。當氬離子能量達到靶極原子的結(jié)合能（約為靶極材料的升華熱）時，引起靶極表面的原子遷移，產(chǎn)生表面損傷。轟擊粒子的能量超過靶極材料升華熱的四倍時，原子被推出晶格位置成為汽相逸出而產(chǎn)生濺射。對于大多數(shù)金屬，濺射閾能約為10～25電子伏。

濺射產(chǎn)額

即單位入射離子轟擊靶極濺出原子的平均數(shù)，與入射離子的能量有關(guān)。在閾能附近濺射，產(chǎn)額只有10-5～10-4個原子/離子，隨著入射離子能量的增加，濺射產(chǎn)額按指數(shù)上升。當離子能量為103～104電子伏時，濺射產(chǎn)額達到一個穩(wěn)定的極大值;能量超過104電子伏時，由于出現(xiàn)明顯的離子注入現(xiàn)象而導(dǎo)致濺射產(chǎn)額下降。濺射產(chǎn)額還與靶極材料、原子結(jié)合能、晶格結(jié)構(gòu)和晶體取向等有關(guān)。一般說來，單金屬的濺射產(chǎn)額高于它的合金；在絕緣材料中，非晶體濺射產(chǎn)額最高，單晶其次，復(fù)合晶體最低。

濺射工藝

濺射工藝主要用于濺射刻蝕和薄膜沉積兩個方面。濺射刻蝕時，被刻蝕的材料置于靶極位置，受氬離子的轟擊進行刻蝕?？涛g速率與靶極材料的濺射產(chǎn)額、離子流密度和濺射室的真空度等因素有關(guān)。濺射刻蝕時，應(yīng)盡可能從濺射室中除去濺出的靶極原子。常用的方法是引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶極原子反應(yīng)生成揮發(fā)性氣體，通過真空系統(tǒng)從濺射室中排出。沉積薄膜時，濺射源置于靶極，受氬離子轟擊后發(fā)生濺射。如果靶材是單質(zhì)的，則在襯底上生成靶極物質(zhì)的單質(zhì)薄膜；若在濺射室內(nèi)有意識地引入反應(yīng)氣體，使之與濺出的靶材原子發(fā)生化學反應(yīng)而淀積于襯底，便可形成靶極材料的化合物薄膜。通常，制取化合物或合金薄膜是用化合物或合金靶直接進行濺射而得。在濺射中，濺出的原子是與具有數(shù)千電子伏的高能離子交換能量后飛濺出來的，其能量較高，往往比蒸發(fā)原子高出1～2個數(shù)量級，因而用濺射法形成的薄膜與襯底的粘附性較蒸發(fā)為佳。若在濺射時襯底加適當?shù)钠珘海梢约骖櫼r底的清潔處理，這對生成薄膜的臺階覆蓋也有好處。另外，用濺射法可以制備不能用蒸發(fā)工藝制備的高熔點、低蒸氣壓物質(zhì)膜，便于制備化合物或合金的薄膜。濺射主要有離子束濺射和等離子體濺射兩種方法。離子束濺射裝置中，由離子槍提供一定能量的定向離子束轟擊靶極產(chǎn)生濺射。離子槍可以兼作襯底的清潔處理和對靶極的濺射。為避免在絕緣的固體表面產(chǎn)生電荷堆積，可采用荷能中性束的濺射。中性束是荷能正離子在脫離離子槍之前由電子中和所致。離子束濺射廣泛應(yīng)用于表面分析儀器中，對樣品進行清潔處理或剝層處理。由于束斑大小有限，用于大面積襯底的快速薄膜淀積尚有困難?！〉入x子體濺射也稱輝光放電濺射。產(chǎn)生濺射所需的正離子來源于輝光放電中的等離子區(qū)。靶極表面必須是一個高的負電位，正離子被此電場加速后獲得動能轟擊靶極產(chǎn)生濺射，同時不可避免地發(fā)生電子對襯底的轟擊。

  磁控濺射通常的濺射方法，濺射效率不高。為了提高濺射效率，首先需要增加氣體的離化效率。為了說明這一點，先討論一下濺射過程。當經(jīng)過加速的入射離子轟擊靶材(陰極)表面時，會引起電子發(fā)射，在陰極表面產(chǎn)生的這些電子，開始向陽極加速后進人負輝光區(qū)，并與中性的氣體原子碰撞，產(chǎn)生自持的輝光放電所需的離子。這些所謂初始電子(primary electrons )的平均自由程隨電子能量的增大而增大，但隨氣壓的增大而減小。在低氣壓下，離子是在遠離陰極的地方產(chǎn)生，從而它們的熱壁損失較大，同時，有很多初始電子可以以較大的能量碰撞陽極，所引起的損失又不能被碰撞引起的次級發(fā)射電子抵消，這時離化效率很低，以至于不能達到自持的輝光放電所需的離子。通過增大加速電壓的方法也同時增加了電子的平均自由程，從而也不能有效地增加離化效率。雖然增加氣壓可以提高離化率，但在較高的氣壓下，濺射出的粒子與氣體的碰撞的機會也增大，實際的濺射率也很難有大的提高。如果加上一平行于陰極表面的磁場，就可以將初始電子的運動限制在鄰近陰極的區(qū)域，從而增加氣體原子的離化效率。

常用磁控濺射靶材主要使用圓筒結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)中，磁場方向都基本平行于陰極表面，并將電子運動有效地限制在陰極附近。磁控濺射的制備條件通常是，加速電壓：300~800V，磁場約：50~300G，氣壓：1 ~10 mTorr，電流密度：4~60mA/cm ，功率密度：1~40W/cm ，對于不同的材料最大沉積速率范圍從100nm/min到1000nm/min。同濺射一樣，磁控濺射也分為直流(DC)磁控濺射和射頻(RF)磁控濺射。射頻磁控濺射相對于直流磁控濺射的主要優(yōu)點是，它不要求作為電極的靶材是導(dǎo)電的。因此，理論上利用射頻磁控濺射可以濺射沉積任何材料。由于磁性材料對磁場的屏蔽作用，濺射沉積時它們會減弱或改變靶表面的磁場分布，影響濺射效率。因此，磁性材料的靶材需要特別加工成薄片，盡量減少對磁場的影響。