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

　　反應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氣體發(fā)生化學反應在基體上形成化合物薄膜。反應磁控濺射技術是目前科研和生產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。反應磁控濺射技術的優(yōu)點是:借助精密的監(jiān)控設備能快速沉積所需化學配比的化合物薄膜；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；反應磁控濺射沉積薄膜時，基體的溫度較低(<3””e)。理想的反應濺射應該是在基體上沉積化合物，但是在實際濺射過程中，不僅在基體上沉積了化合物薄膜，同時靶材表面也會和反應氣體發(fā)生化合反應形成化合物覆蓋層，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氣體流量的變化而變化。隨著反應氣體流量的變化，濺射速率呈現出明顯的非線性遲滯效應，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)控設備是沒法使濺射過程處在過渡模式的。同時，如果在靶面上形成的化合物層為高絕緣材料時，還會有另一種不利現象:弧光“打火”產生。總結可知反應濺射主要存在三個問題:遲滯效應使濺射過程不穩(wěn)定；沒有精密的監(jiān)控設備是不易快速沉積化學配比的化合物的；當沉積高絕緣化合物時，會產生打火現象。

　　反應濺射過程中的不穩(wěn)定性是較復雜的非線性關系，為了預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氣體平衡為依據的模擬反應濺射過程的模型。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行了深入的研究和發(fā)展，使模擬結果更趨近于實際的濺射過程。本文詳述了反應磁控濺射過程中遲滯效應和打火現象的產生原理，分析了消除遲滯效應和打火現象的各種方法并提出個人的觀點，分析了Berg模型，展望了反應磁控濺射技術的發(fā)展趨勢。

1、遲滯效應

　　典型的遲滯效應曲線如圖1所示。從圖1中可看出，在開始階段隨著反應氣體流量的增加，反應氣體分壓變化緩慢，這是因為在這階段幾乎所有的反應氣體都和濺射出的金屬原子發(fā)生了化合反應，且所沉積的薄膜金屬含量較高，這一階段稱為“金屬模式”。當反應氣體流量達到某一值時，反應氣體的分壓突然升高，這是因為當反應氣體流量達到或稍高于這個值時，所供入的反應氣體量大于濺射出金屬原子所消耗的量，多余的反應氣體同靶表面反應形成一層化合物，化合物的濺射速率遠小于金屬(其主要原因是:¹化合物靶的濺射產額小于金屬靶的射產額；º化合物有較高的二次電子輻射系數，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劇減，即所消耗的反應氣體量劇減，最終整個靶面被化合物層覆蓋，導致反應氣體的分壓突然升高，這個過程稱為“過渡模式”。此后隨著反應氣體流量的增加，反應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，當反應氣體流量減小時，對應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的路線，而是當流量到了一個更小值時分壓發(fā)生了突變。這是由于當流量達到一個更小值時，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氣體，反應氣體分壓和濺射速率突然發(fā)生了劇變。爾后隨著反應氣體流量的繼續(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 反應氣體分壓隨反應氣體流量變化的磁滯曲線

5、反應磁控濺射技術的發(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)化生產的需要，在濺射設備和工藝方面還有待發(fā)展的有:¹通過真空設備、靶結構和工藝的改進來提高化合物薄膜的沉積速率。º提高真空系統(tǒng)的抽氣速率和反應氣體的活性，能夠在較低的反應氣體分壓下制得純度較高且符合化學配比的化合物薄膜。»在PET或耐熱溫度較低的基體上沉積結構致密的所需晶體結構的化合物薄膜。¼為了提高靶材的利用率、濺射速率和濺射的穩(wěn)定性，通過靶結構的改進使全靶面被濺射刻蝕。

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