[科普中国]-等离子溅射

等离子溅射（plasma sputtering）物质除固态、液态和气态之外，还有第四态，即等离子态。在外界高能作用下，分子或原子被离解成阳离子及同等数量的阴离子或电子，这一总体称为等离子体。利用等离子体进行溅射的工艺称为等离子溅射。

等离子溅射也称为四极溅射，它是在阴极溅射的基础上增加一个热灯丝阴极和一个辅助阴极来进行溅射的。

等离子溅射设备阴极溅射设备中，为维持辉光放电，需要较高的气压和电压。这样，轰击于阴极的正离子的能量分布就比较宽，溅射出的靶材原子，由于在途中与气体分子相碰撞而散乱，使其向基片的沉积速率降低。同时，还易吸收杂质气体。因此，如能在低压下进行溅射，必定会有若干优点。但当气体压强降低后， 由于正离子轰击阴极从其表面产生的二次电子不再能充分电离气体，使辉光放电停止而不能溅射。

等离子溅射设备就是用热阴极发射的电子或高频激励等方法使低压气体放电，形成等离子体的一种低压、低能、高离子电流的溅射设备。1

工艺原理用真空系统将溅射室抽到10-7乇真空度后，充入高纯度的氩气，使真空度降到1X10-8乇，给热阴极通电加热，使其发射电子。这些电子在向加有正电压的阳极运动过程中与氩气分子碰撞而电离，形成等离子体。在聚焦磁场作用下，等离子体被聚焦成柱状，形成高密度等离子体。其中的正离子在靶(欲溅射材料)上所加负电压加速下轰击靶面，使其溅射出原子。原子沿直线前进沉积在靶对面的基片上形成溅射膜。

由于等离子溅射是在低气压下进行的，因此薄膜纯度高，粘着力强。又由于是低能溅射，故可在熔点低的有机物上沉积薄膜。另外，阳极电压、阴极发射电流、磁场、靶电压均可独立改变而得到不同状态的等离子体，从而满足了多用途应用。这种设备的缺点是难以获得大面积均匀薄膜。当在氧气中进行反应溅射时，为避免热阴极短寿命，应采用高频激励等放电形式。

=

优点等离子溅射的优点是：

(1)可在低气压、低电压、大电流的条件下进行溅射，工作稳定性好；

(2)淀积薄膜的速度快，薄膜的纯度高；

(3)薄膜厚度容易控制；

(4)可以溅射绝缘材料。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学