在磁控溅射镀膜过程中，薄膜沉积速率由哪些因素决定？

沉积速率是指从靶材上溅射出来的材料，在单位时间内沉积到基片上的膜层厚度，该速率与溅射率成正比。有下列关系式： qt=CIh 式中：qt—表示沉积速率；C—表征溅射装置特性的常数；I—表示离子流；h—表示溅射速率。 由此式可见，当溅射装置一定（即C为确定值，这个是溅射设备的固定参数，在设计之初，一般由靶基距等关键参数决定），又选定了工作气体后，提高沉积速率的最好办法是提高离子流I。磁控溅射法成膜速率正比于靶功率。决定沉积速率的因素有：刻蚀区的功率密度，刻蚀区面积，靶—基距，靶材，气体压强，气体成分等。上面列出的几个参数大致上是按重要性排列的，但其中有些参数之间有相互影响，如压强、功率密度及刻蚀区面积等。此外靶的热学性能与机械特性等也是限制最大溅射速率的因素。

磁控溅射的基本原理是利用 Ar一O2混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。

1、磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，而上世纪 70 年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。

2、因为是在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

3、定义：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射过程。

直流溅射又称为阴极溅射或二极溅射。其典型的溅射条件为，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。

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。

20世纪70年代开始发展了磁控溅射技术，它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。磁控溅射是目前应用最广泛的一种溅射沉积方法。它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。放电区的有效电阻变小，电压下降。另外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。

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。

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。

射频溅射法由于可以将能量直接耦合给等离子体中的电子，因而其工作气压和对应的靶电压较低，其典型的数值为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。

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