綜述了反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的發(fā)展情況。分析了模擬反應(yīng)磁控濺射的“Berg”經(jīng)典模型；詳述了反應(yīng)磁控濺射過程中遲滯效應(yīng)和打火現(xiàn)象的產(chǎn)生原理及過程；分析了消除遲滯效應(yīng)和打火現(xiàn)象的各種方法并提出個人的觀點(diǎn)；展望了反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　反應(yīng)磁控濺射是具有一定能量的離子(Ar+)濺射金屬或合金靶表面，被濺射出的金屬原子和反應(yīng)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在基體上形成化合物薄膜。反應(yīng)磁控濺射技術(shù)是目前科研和生產(chǎn)中制備化合物薄膜最常用的方法，能沉積不同種類的化合物，如:氧化物、氮化物、碳化物、氟化物和砷化物等。反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:借助精密的監(jiān)控設(shè)備能快速沉積所需化學(xué)配比的化合物薄膜；金靶容易提純和加工，所以靶材的成本低且所得薄膜的純度高；金屬靶具有良好的熱傳導(dǎo)性，所以靶的冷卻效果較好，即靶能承受較高功率的濺射；反應(yīng)磁控濺射沉積薄膜時(shí)，基體的溫度較低(<3””e)。理想的反應(yīng)濺射應(yīng)該是在基體上沉積化合物，但是在實(shí)際濺射過程中，不僅在基體上沉積了化合物薄膜，同時(shí)靶材表面也會和反應(yīng)氣體發(fā)生化合反應(yīng)形成化合物覆蓋層，即所說的靶中毒。如圖1所示，靶材表面上化合物覆蓋層的大小會隨著反應(yīng)氣體流量的變化而變化。隨著反應(yīng)氣體流量的變化，濺射速率呈現(xiàn)出明顯的非線性遲滯效應(yīng)，且濺射過程可分為三個模式:金屬模式，過渡模式，化合物模式。在金屬模式的沉積速率較快，但是所沉積的薄膜金屬含量較高；在化合物模式能得到化學(xué)配比的薄膜，但沉積速率很低；最理想的濺射過程是在過渡模式，但是沒有精密的監(jiān)控設(shè)備是沒法使濺射過程處在過渡模式的。同時(shí)，如果在靶面上形成的化合物層為高絕緣材料時(shí)，還會有另一種不利現(xiàn)象:弧光“打火”產(chǎn)生�？偨Y(jié)可知反應(yīng)濺射主要存在三個問題:遲滯效應(yīng)使濺射過程不穩(wěn)定；沒有精密的監(jiān)控設(shè)備是不易快速沉積化學(xué)配比的化合物的；當(dāng)沉積高絕緣化合物時(shí)，會產(chǎn)生打火現(xiàn)象。

　　反應(yīng)濺射過程中的不穩(wěn)定性是較復(fù)雜的非線性關(guān)系，為了預(yù)知和減少前期工藝優(yōu)化的工作量，于1987年由Berg帶頭的課題組提出了一個依反應(yīng)氣體平衡為依據(jù)的模擬反應(yīng)濺射過程的模型。該模型簡單可靠，后來Berg課題組還有其他國家的研究人員對該模型進(jìn)行了深入的研究和發(fā)展，使模擬結(jié)果更趨近于實(shí)際的濺射過程。本文詳述了反應(yīng)磁控濺射過程中遲滯效應(yīng)和打火現(xiàn)象的產(chǎn)生原理，分析了消除遲滯效應(yīng)和打火現(xiàn)象的各種方法并提出個人的觀點(diǎn)，分析了Berg模型，展望了反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1、遲滯效應(yīng)

　　典型的遲滯效應(yīng)曲線如圖1所示。從圖1中可看出，在開始階段隨著反應(yīng)氣體流量的增加，反應(yīng)氣體分壓變化緩慢，這是因?yàn)樵谶@階段幾乎所有的反應(yīng)氣體都和濺射出的金屬原子發(fā)生了化合反應(yīng)，且所沉積的薄膜金屬含量較高，這一階段稱為“金屬模式”。當(dāng)反應(yīng)氣體流量達(dá)到某一值時(shí)，反應(yīng)氣體的分壓突然升高，這是因?yàn)楫?dāng)反應(yīng)氣體流量達(dá)到或稍高于這個值時(shí)，所供入的反應(yīng)氣體量大于濺射出金屬原子所消耗的量，多余的反應(yīng)氣體同靶表面反應(yīng)形成一層化合物，化合物的濺射速率遠(yuǎn)小于金屬(其主要原因是:¹化合物靶的濺射產(chǎn)額小于金屬靶的射產(chǎn)額；º化合物有較高的二次電子輻射系數(shù)，大部分入射離子的能量用于激發(fā)二次電子的輻射及能量傳遞給二次電子)，因此靶面上濺射出的金屬原子數(shù)劇減，即所消耗的反應(yīng)氣體量劇減，最終整個靶面被化合物層覆蓋，導(dǎo)致反應(yīng)氣體的分壓突然升高，這個過程稱為“過渡模式”。此后隨著反應(yīng)氣體流量的增加，反應(yīng)氣體的分壓緩慢增加，這一階段稱為“化合物模式”。并且由圖1可知，當(dāng)反應(yīng)氣體流量減小時(shí)，對應(yīng)的分壓開始是緩慢的變化，且隨著流量的繼續(xù)減小，分壓的變化沒有延流量增加時(shí)的路線，而是當(dāng)流量到了一個更小值時(shí)分壓發(fā)生了突變。這是由于當(dāng)流量達(dá)到一個更小值時(shí)，覆蓋在靶面上的化合物層被濺射掉，濺射出較多的金屬原子，瞬間消耗掉大量的反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體分壓和濺射速率突然發(fā)生了劇變。爾后隨著反應(yīng)氣體流量的繼續(xù)減小，又回到了“金屬模式”。所以由于遲滯效應(yīng)使得濺射過程要不處于“金屬模式”，所沉積薄膜的金屬含量較高，要不處于“化合物模式”，沉積速率很慢。沒有精密的監(jiān)控系統(tǒng)是沒辦法使濺射過程處在“過渡模式”上的。

圖1 反應(yīng)氣體分壓隨反應(yīng)氣體流量變化的磁滯曲線

5、反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　盡管目前能夠較快速穩(wěn)定地沉積所需的化合物薄膜，但是為了滿足快速發(fā)展的工業(yè)化生產(chǎn)的需要，在濺射設(shè)備和工藝方面還有待發(fā)展的有:¹通過真空設(shè)備、靶結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)來提高化合物薄膜的沉積速率。º提高真空系統(tǒng)的抽氣速率和反應(yīng)氣體的活性，能夠在較低的反應(yīng)氣體分壓下制得純度較高且符合化學(xué)配比的化合物薄膜。»在PET或耐熱溫度較低的基體上沉積結(jié)構(gòu)致密的所需晶體結(jié)構(gòu)的化合物薄膜。¼為了提高靶材的利用率、濺射速率和濺射的穩(wěn)定性，通過靶結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使全靶面被濺射刻蝕。

　　隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，化合物薄膜的應(yīng)用范圍很廣，對薄膜的性能要求越來越高，這促使反應(yīng)磁控濺射技術(shù)的理論和設(shè)備將會有更快的發(fā)展。