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合金膜的濺射沉積方法
為使濺射系統(tǒng)所用靶的數(shù)量減少，盡量用一個(gè)靶就能濺射沉積制取符合成分及性能要求的合金薄膜，可以采用合金靶、復(fù)合鑲嵌靶、以及采用多靶濺射等。
一般說(shuō)來(lái)，在放電穩(wěn)定狀態(tài)下，按照靶的成分，各種構(gòu)成原子分別受到濺射作用，濺射鍍膜比真空蒸鍍和離子鍍的一個(gè)*之處在于:膜層的組分和靶的組分差別較小，而且鍍層組分穩(wěn)定。不過(guò)，在有些情況下，由于不同組成元素的選擇濺射現(xiàn)象、膜層的反濺射率以及附著力不同，會(huì)引起膜層和靶的成分有較大的差別。使用這種合金靶，為了制取確定組分的膜，除了根據(jù)實(shí)驗(yàn)配制特定配比的靶并盡量降低靶的溫度之外，還要盡可以降低基片溫度以便減少附著率的差別，并選擇合適的工藝條件盡量減少對(duì)膜層的反濺射作用。
在有些情況下，不易制備大面積的均勻合金靶、化合物靶，這時(shí)可以采用由單元素組成的復(fù)合鑲嵌靶，靶表面的構(gòu)成如圖1所示。其中圖d所示的扇形鑲嵌結(jié)構(gòu)效果更好，易于控制膜的成分，重復(fù)性也好。從原理上講，不僅二元合金，三元、四元等合金膜都可以用這種方法制取。
圖1 各種不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合靶
(a) 方塊鑲嵌靶；(b) 圓塊鑲嵌靶；(c) 小方塊鑲嵌靶；(d) 扇形鑲嵌靶
為在濺射膜中做出相應(yīng)的成分分布，可采用如圖2所示的鑲嵌靶材。圖中是在一塊Ti基體靶材的刻蝕區(qū)上鉆孔鑲嵌Al材料的復(fù)合靶，用來(lái)制取Ti Al N合金膜或化合物膜。由圖中可以看出，在基片的不同位置上，膜成分是不同的，Al材料的鑲嵌位置和數(shù)量對(duì)應(yīng)著確定的合金成分，因此用這種方法制取各種成分的合金或化合物膜是十分方便的。
圖2 Ti-Al鑲嵌復(fù)合靶
多靶濺射的結(jié)構(gòu)如圖3所示。使基片在兩個(gè)以上靶的上方轉(zhuǎn)動(dòng)，控制每種膜的沉積厚度為一個(gè)或幾個(gè)原子層，輪翻沉積，這樣就能制取化合物膜。例如，有人使用InSb和GaSb靶，制得了In1-xGax Sb單晶膜。雖然這種裝置復(fù)雜一些，但是通過(guò)控制基片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和改變各個(gè)靶上所加的電壓，可以得到任意組分的膜；按照鍍膜的時(shí)間，控制這些參數(shù)，可以在膜厚的方向上任意改變膜的組分，而且能獲得超晶格結(jié)構(gòu)。
圖3 多靶濺射結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)要求合金膜各成分之間相差很大時(shí)，一般要采用輔助陰極法。主陰極靶由合金的主要成分制成，輔助陰極靶由合金的添加成分制成。對(duì)各個(gè)靶同時(shí)進(jìn)行濺射，以形成合金膜。通過(guò)調(diào)節(jié)輔助陰極靶的電流，可以任意改變合金膜中添加成分的數(shù)量。