磁控濺射有哪些種類?不同種類的工作原理是什么?

　　磁控濺射作為一種物理 氣相沉積（PVD）技術(shù)，在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)結(jié)合電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，提高了濺射過(guò)程中的粒子利用率和沉積效率。磁控濺射可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分為多種類型，每種類型都有其獨(dú)特的工作原理和適用范圍。以下是一些常見的磁控濺射種類及其工作原理概述：

　　1. 惰性氣體磁控濺射

　　這種類型的磁控濺射使用具有高原子量的稀有氣體（如氬氣Ar）作為工作氣體。氬氣在電場(chǎng)的作用下被電離產(chǎn)生氬離子（Ar+），這些離子被加速并轟擊靶材，將靶材表面的原子或分子濺射出來(lái)，隨后沉積在基片上形成薄膜。

　　2. 反應(yīng)性氣體磁控濺射

　　在反應(yīng)性氣體磁控濺射中，除了使用氬氣外，還需要加入一種或多種能夠與靶材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體（如氧氣O2或氮?dú)釴2）。這樣，濺射出的靶材原子或分子在沉積過(guò)程中會(huì)與反應(yīng)性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化合物薄膜。例如，使用金屬靶材和氧氣可以制備金屬氧化物薄膜。

　　3. 直流（DC）磁控濺射

　　這是基礎(chǔ)的磁控濺射類型，使用直流電源來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)。在靶材表面形成磁場(chǎng)，電子在磁場(chǎng)的作用下做螺旋形運(yùn)動(dòng)，增加了電子與工作氣體分子碰撞的機(jī)會(huì)，從而提高了氣體的電離率和濺射效率。

　　4. 射頻（RF）磁控濺射

　　射頻磁控濺射使用射頻電源來(lái)替代直流電源。這種方法適用于濺射非導(dǎo)電材料，因?yàn)樵谏漕l模式下，即使靶材是非導(dǎo)電的也可以進(jìn)行濺射。射頻電源產(chǎn)生的交變電場(chǎng)可以在靶材表面產(chǎn)生周期性的正負(fù)電壓，從而使非導(dǎo)電材料也能夠被濺射。

　　5. 中頻磁控濺射

　　中頻磁控濺射使用中頻電源（通常頻率在幾千赫茲到幾十千赫茲之間），它結(jié)合了直流和射頻磁控濺射的優(yōu)點(diǎn)，能夠在保持較高濺射率的同時(shí)減少靶材的損耗，適合于濺射合金和其他復(fù)雜材料。

　　6. 磁過(guò)濾磁控濺射

　　這種技術(shù)通過(guò)在濺射室中引入額外的磁場(chǎng)，以過(guò)濾掉較大的粒子和雜質(zhì)，從而得到更純凈、更高質(zhì)量的薄膜。磁過(guò)濾技術(shù)可以顯著提高薄膜的純度和均勻性。

　　7. 平衡磁控濺射與非平衡磁控濺射

　　平衡磁控濺射：在這種配置中，磁場(chǎng)的布局使得電子的能量損失較小，從而減少了基片的加熱，適用于對(duì)溫度敏感的基片。

　　非平衡磁控濺射：磁場(chǎng)的布局使得電子能量較高，可以促進(jìn)更復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，適用于制備特定類型的薄膜材料。

　　每種類型的磁控濺射都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，選擇合適的類型取決于所需的薄膜特性、靶材性質(zhì)以及應(yīng)用的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)條件和目的，有時(shí)還會(huì)將幾種類型的磁控濺射技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用，以達(dá)到沉積效果。