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溅射过程打弧分类及避免方式

2021.10.08

在溅射镀膜过程中,会出现打弧现象,其实质是低电压、大电流放电过程。一次打弧就是一个疵点,疵点过多会影响产品质量。因此在镀膜过程中,要严格控制打弧现象的发生。

    在溅射过程中,打弧可以分为三类:

第一类为高压击穿形态放电,在阴级表面绝缘层顶部与底部金属表面的高压击穿,是由于阴极表面绝缘层的结构疏松引起的。

第二类称为微弧放电,在阴极表面的溅射是不均匀的,只溅射跑道处的原子,跑道位置上是纯净的金属表面,跑道之外的阴极表面沉积一层不导电的绝缘层,在绝缘层表面由于阴极电位的吸引,积累了相当数量的正电荷离子,积累的正电荷离子达到一定数量后直接与暴露的金属表面形成弧光放电,放电电流的大小取决于积累电荷的数量,它不会形成烧损,但可以看见的红色斑点在靶而上跳跃,这种现象在化合物溅射过程中尤为突出。

第三类称极间放电,是阳极与靶面暴露的金属表面之间直接放电,能直接引起破坏性烧损。控制此类放电主要靠靶的机械结构设计。

这三种放电形态发生的几率是:10000:100:1。如下图所示:

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合理的靶设计可以避免极间放电(第三类),因此要求高稳定性的运行关键是消除绝缘层表面的电荷积累。而采用直流脉冲电源可以有效的达到该目的,避免另外两类打弧现象的发生在直流脉冲电源中,负脉冲用于溅射,正脉冲用于释放积累电荷。负脉冲平均电压为500-600V,正脉冲平均电压为60-80V,正脉冲宽度与溅射的负脉冲宽度之比在1:41:8之间。