作者：深圳市英能电气有限公司
时间：2023-03-07
脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。在提高溅射沉积率、降低沉积温度等一系列显著优点的同时，脉冲磁控溅射技术能有效地抑制电弧的产生，从而消除薄膜缺陷。
脉冲可分为双向脉冲和单向脉冲。双向脉冲在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段，在负电压段，电源工作于靶材的溅射，正电压段，引入电子中和靶面累积的正电荷，并使表面清洁，裸露出金属表面。加在靶材上的脉冲电压与一般磁控溅射相同(400～500V)，脉冲磁控溅射通常采用方波脉冲波形，在中频段(20～200kHz)即可有效消除异常弧光放电的发生，控制靶材放电的时间，保证靶材不中毒、不出现电弧放电，然后断开靶电压甚至使得靶材带正电。因为等离子体中电子运动速度远高于离子速度，变换的靶材正电压一般只需要负偏压的10%～20%，即可以防止电弧放电。一些研究认为，脉冲宽度(正负电压时间比)起着关键作用，脉冲宽度达到1。∶1时有最佳抑制效果；正电压对电弧放电是否有明显影响，但沉积速率影响很大。正电压从10%提高到20%(与负电压相比)，沉积速率可提高50%。
脉冲磁控溅射的主要参数包括溅射电压、脉冲频率和占空比。由于等离子体中的电子相对离子具有更高的能动性，因此正电压值只需要负电压值的10%～20%，就可以有效中和靶表面累积的正电荷。脉冲频率通常在中频范围，频率下限决定于保证靶面累积电荷形成的场强低于击穿场强的临界值，频率上限的确定主要考虑到沉积速率，一般在保证稳定放电的前提下，尽可能取较低的频率。在确保溅射时靶表面积累的电荷在正电压阶段完全中和的前提下，尽可能提高空比，以达到最大的电源效率。
另一个最新发展是在衬底上加脉冲偏压。脉冲偏压能够大大提高衬底上的离子束流。在磁控溅射中，直流负偏压一般加到－100V时，衬底离子束流即达到饱和，提高负偏压不会增加衬底离子束流，一般认为该饱和电流为离子束流，电子无法接近衬底表面。使用脉冲偏压则不然，研究表明，脉冲偏压不仅能够提高衬底饱和电流，而且随着负偏压的增大，饱和电流增大；当脉冲频率提高时，该效应更加显著；该机制仍然不很清楚，可能与振荡电场产生的等离子体的离化率及电子温度较高这一效应有关。衬底脉冲负偏压为有效控制衬底电流密度提供了一种新的方法，可应用于优化膜层结构和附着力，缩短溅射清洗和衬底加热时间。
