第一节 溅射靶材产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

1、产品定义

磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式，较之较早点的蒸发镀膜方式，其很多方面的优势相当明显。作为一项已经发展的较为成熟的技术，磁控溅射已经被应用于许多领域。

溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。

磁控溅射镀膜靶材：

金属溅射镀膜靶材，合金溅射镀膜靶材，陶瓷溅射镀膜靶材，硼化物陶瓷溅射靶材，碳化物陶瓷溅射靶材，氟化物陶瓷溅射靶材，氮化物陶瓷溅射靶材，氧化物陶瓷靶材，硒化物陶瓷溅射靶材，硅化物陶瓷溅射靶材，硫化物陶瓷溅射靶材，碲化物陶瓷溅射靶材，其他陶瓷靶材，掺铬一氧化硅陶瓷靶材(Cr-SiO)，磷化铟靶材(InP)，砷化铅靶材(PbAs)，砷化铟靶材(InAs)。

高纯高密度建设靶材有：

溅射靶材（纯度：99.9%-99.999%）

1.金属靶材：

镍靶、Ni、钛靶、Ti、锌靶、Zn、铬靶、Cr、镁靶、Mg、铌靶、Nb、锡靶、Sn、铝靶、Al、铟靶、In、铁靶、Fe、锆铝靶、ZrAl、钛铝靶、TiAl、锆靶、Zr、铝硅靶、AlSi、硅靶、Si、铜靶Cu、钽靶T、a、锗靶、Ge、银靶、Ag、钴靶、Co、金靶、Au、钆靶、Gd、镧靶、La、钇靶、Y、铈靶、Ce、钨靶、w、不锈钢靶、镍铬靶、NiCr、铪靶、Hf、钼靶、Mo、铁镍靶、FeNi、钨靶、W等。

2.陶瓷靶材

ITO靶、氧化镁靶、氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化铈靶、二氧化锆靶、五氧化二铌靶、二氧化钛靶、二氧化锆靶，、二氧化铪靶，二硼化钛靶，二硼化锆靶，三氧化钨靶，三氧化二铝靶五氧化二钽，五氧化二铌靶、氟化镁靶、氟化钇靶、硒化锌靶、氮化铝靶，氮化硅靶，氮化硼靶，氮化钛靶，碳化硅靶，铌酸锂靶、钛酸镨靶、钛酸钡靶、钛酸镧靶、氧化镍靶、溅射靶材等。

2、产品性能要求

1）纯度

纯度是靶材的主要性能指标之一，因为靶材的纯度对薄膜的性能影响很大。不过在实际应用中，对靶材的纯度要求也不尽相同。例如，随着微电子行业的迅速发展，硅片尺寸由6”,8“发展到12”,而布线宽度由0.5um减小到0.25um,0.18um甚至0.13um，以前99.995%的靶材纯度可以满足0.35umIC的工艺要求，而制备0.18um线条对靶材纯度则要求99.999%甚至99.9999%。

2）杂质含量

靶材固体中的杂质和气孔中的氧气和水气是沉积薄膜的主要污染源。不同用途的靶材对不同杂质含量的要求也不同。例如，半导体工业用的纯铝及铝合金靶材，对碱金属含量和放射性元素含量都有特殊要求。

3）密度

为了减少靶材固体中的气孔，提高溅射薄膜的性能，通常要求靶材具有较高的密度。靶材的密度不仅影响溅射速率，还影响着薄膜的电学和光学性能。靶材密度越高，薄膜的性能越好。此外，提高靶材的密度和强度使靶材能更好地承受溅射过程中的热应力。密度也是靶材的关键性能指标之一。

4）晶粒尺寸及晶粒尺寸分布

通常靶材为多晶结构，晶粒大小可由微米到毫米量级。对于同一种靶材，晶粒细小的靶的溅射速率比晶粒粗大的靶的溅射速率快；而晶粒尺寸相差较小(分布均匀)的靶溅射沉积的薄膜的厚度分布更均匀。

二、产品所属行业界定

溅射靶材是利用一种新的镀膜方式，对金属表面进行镀膜，因此该行业属于半导体及集成电路配套材料，也就是信息化学品制造业。

信息化学品制造指电影、照相、医用、幻灯及投影用感光材料、冲洗套药，磁、光记录材料，光纤维通讯用辅助材料，及其专用化学制剂的制造。

第二节 溅射靶材产品应用概况

一、产品主要应用领域

溅射靶材产品应用情况列表

二、产品应用成熟度分析

各种类型的溅射薄膜材料无论在半导体集成电路、记录介质、平面显示以及工件表面涂层等方面都得到了广泛的应用。因此，对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求逐年增加。近年来我国电子信息产业飞速发展，集成电路、光盘及显示器生产线均有大量合资或独资企业出现，我国已逐渐成为了世界上薄膜靶材的最大需求地区之一，溅射靶材产品的应用已经较为成熟。略……

第三节 溅射靶材产品发展历程

1842年格洛夫在实验室中发现了阴极溅射现象，但随后70年中，对溅射机理的认同以及有关溅射薄膜特性的技术发展缓慢。19世纪中期，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中采用溅射技术。

1970年后出现了磁控溅射技术，商品化的磁控溅射设备陆续应用于实验和小型生产。到了上世纪80年代，溅射技术才从实验室应用技术真正地进人工业化大量生产的应用领域。最近15年来，进一步发展了一系列新的溅射技术，目前溅射技术以及薄膜制备是金属材料学研究的一大热点。

金属和合金作为溅射靶材在电子电工和光学领域中有很多的应用，靶材是溅射过程中的基本耗材，不仅使用量大而且靶材质量的好坏对金属薄膜材料的性能起着至关重要的决定作用。因此，靶材是溅射过程的关键材料。近几年来，溅射靶材(Sputte-ring Targets)已经引起国内金属相关产业的高度关注，特别是高纯金属靶材的研制与使用已成为研究热点之一。

第四节 溅射靶材行业产业链概述

上游产业为金属产业、金属合金产业、非金属化合物；溅射靶材主要应用于电子及信息产业，如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等；亦可应用于玻璃镀膜领域；还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。

溅射靶材行业产业链简图

第五节 溅射靶材上游行业发展状况分析

按其组成可分为纯金属、合金和化合物靶材三大类。

靶材种类

因此，溅射靶材的上游产业为金属产业、金属合金产业、非金属化合物。

一、上游原材料生产情况分析

（一）主要原材料产量情况

2005-2009年溅射靶材上游主要原材料产量增长统计表

                                                                                                                                            单位：吨

二、上游原材料需求情况分析

（一）铝的应用

铝广泛用於各种建筑中，如挢梁、塔楼和储罐等。虽然结构钢型材与板材的基建投资费用较低，但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和(或)抗腐蚀性时，就采用了铝。

铝可用於挢梁与公路的辅助结构上，如挢梁栏杆、公路护栏、照明标准件、交通指挥塔、交通标志和连接围栏等。铝也普遍用於挢梁结构上，特别是长墩距挢梁或活动挢梁的平衡装置和岭升挢的施工中。

脚手架、爬梯、变电所构筑物及其他公用工程构筑物，常使用的铝材形式主要是结构型材和特殊挤压型材。吊车、输送机和重载装卸系统包含了大量的铝材。储水大罐常用铝合金建造，以增强抗腐蚀性并形成引人注意的外观。

包装业一直是用铝的市场之一，且发展最快。包装业产品包括家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与食品罐。铝箔颇适用於包装，箔制盒，包用於盛食品与药剂，并可作家用。

变形铝制品和铸造铝制品在汽车结构中应用颇广。每台汽车的典型铝用量约70kg(150lb)，此数可望急剧增加，因为普遍的节省燃料的要求迫使如此，而且人们还不断强调回收铝的重要性。

1、卡车

由於重量的限制及人们想增加有效载重量的愿望，制造商已增加铝在驾驶室、拖车和卡车设计中的应用。由於使用挤压的车身纵梁、车架下梁和横梁，卡车自重已减小。挤压的或模板及锻造的驾驶盘已常见。

2、铁路车辆

铝用於制造铁路底卸年、冷冻车和槽车。铝亦广泛用於铁路客车，特别是那些公共交通系统的车辆。

3、海上应用

铝普及於各种各样的海上应用中，包括船舶的主要受力构件如船体与舱面室，以及其他应用如烟囱外壳、舱盖、窗框、空气出口、舷梯、通道、船尾、甲板、通风设备、船用家具、以铝代用的五金器材、燃料罐及面表光亮的平整件。航空航天铝实际上用於飞机、导弹和宇宙飞船工业的所有部分 制造机身、引擎、附件、液体燃料和氧化剂的容器设备。铝因其高强度/密度之比率、抗腐蚀性和重量功效而得到广泛应用，特别是用在压缩的设计中。

4、耐用消费品：家用电器

由於铝制品质量轻、外观美观、具有对各种形式加工的适应性以及便宜的制造加工费用，因此铝广泛应用於家用器具中，质轻是它重要的特性，可适应於真空吸尘器、电熨斗、便沬式洗碟机及食品加工机与搅拌器的要求。

家具质轻、低维护费用、抗蚀、经久耐用和美丽的外观是铝制家具的主要优点。

5、机械与设备

铝材也被广泛地应用在:

加工设备、纺织设备、煤矿机械、移动式灌溉管与工具。铝及其合金可以用已知的所有方法浇铸成铸件或加工成材。铝及其合金的加工产品可以划分为两类：一类是通用产品，包括薄板、厚板、箔、棒材、线材、管材以及结构型材，其中板材可细分为圆棒和非圆形棒，其中管材可细分为标准圆管和非标准圆形管。另一类是非通用的产品，这是为了某个特定用途而设定的产品，包括挤压型材、锻件、冲挤件、铸件、冲压件、粉末冶金(P/M)零件、机加工件和铝基复合材料。挤压件其是挤压固体金属通过开孔模而生产出来的。具有轴对称的设计件特别适合於用挤压形式生产。使用现行的工艺，也能挤压复杂的、有心轴的和不对称的外形，精密挤压可显出非同寻常的严格和表面光洁度，工件的主要 通常不需要机加工；挤压後产品的精度可容许用简单的切割、孔、扩孔和其他小量的机加工来达到。挤压、挤压与拉拨结合生产的无缝管可与机械制造的有缝管和焊接管相匹敌。

（二）铝合金的应用

目前铝合金广泛用于建筑工程结构和建筑装饰，如屋架、屋面板、幕墙、门窗框、活动式隔墙、顶棚、暖气片、阳台和楼梯扶手以及其他室内装修及建筑五金等。如日本的高层建筑98%采用了铝合金门窗。美国已用铝合金制造了跨度为66m的飞机库，其全部建筑物的重量仅为钢结构的1/7。略……

第六节 溅射靶材下游行业发展情况分析

一、下游主要行业发展情况分析

溅射靶材主要应用于电子及信息产业，如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等。

（一）下游主要行业发展概述

1、集成电路产业

1）集成电路产业规模快速扩大

1998年我国集成电路产量达到22.2亿块，销售规模为58.5亿元。

到2007年，我国集成电路产量达到411.7亿块，销售额为1251.3亿元，10年间产量和销售额分别扩大18.5倍与21倍之多，年均增速分别达到38.3%与40.5%，销售额增速远远高于同期全球年均6.4%的增速。

2）设计、制造和封装测试业三业并举，半导体设备和材料的研发水平和生产能力不断增强，产业链基本形成。

经过30年的发展，我国已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举、较为协调的发展格局，产业链基本形成。2001年我国设计业、芯片制造业、封测业的销售额分别为11亿元、27.2亿元、161.1亿元，分别占全年总销售额的5.6%、13.6%、80.8%，产业结构不尽合理。最近5年来，在产业规模不断扩大的同时，IC产业结构逐步趋于合理，设计业和芯片制造业在产业中的比重显著提高。到2007年我国IC设计业、芯片制造业、封测业的销售额分别为225.5亿元、396.9亿元、627.7亿元，分别占全年总销售额的18.0%、31.7%、50.2%。

半导体设备材料的研发和生产能力不断增强。在设备方面，100纳米等离子刻蚀机和大角度等离子注入机等设备研发成功，并投入生产线使用。随着国产太阳能电池制造设备的大量应用，近几年国产半导体设备销售额大幅增长。在材料方面，已研发出8英寸和12英寸硅单晶，硅晶圆和光刻胶的国内生产和供应能力不断增强。

3）技术水平快速提升

技术创新能力不断提高，与国外先进水平差距不断缩小。从改革开放之初的3英寸生产线，发展到目前的12英寸生产线，IC制造工艺向深亚微米挺进，研发了不少工艺模块，先进加工工艺已达到80nm。封装测试水平从低端迈向中高端，在SOP、PGA、BGA、FC和CSP以及SiP等先进封装形式的开发和生产方面取得了显著成绩。IC设计水平大大提升，设计能力小于等于0.5微米企业比例已超过60%，其中设计能力在0.18微米以下企业占相当比例，部分企业设计水平已经达到90nm的先进水平。设计能力在百万门规模以上的国内IC设计企业比例已上升到20%以上，最大设计规模已经超过5000万门级。

随着技术创新能力的提升，涌现出一批自主开发的IC产品。在金卡工程的带动下，经过政府、企业等各方共同努力，以二代身份证、手机SIM卡等为代表的IC卡芯片实现了突破。“龙芯”、移动应用处理器、基带芯片、数字多媒体、音视频处理、高清数字电视、图像处理、功率管理以及存储卡控制等许多IC产品开发成功，相当一批IC已投入量产，不仅满足国内市场需求，有的还进入国际市场竞争。

2、液晶显示屏产业

与2008年的液晶显示器遭遇的“寒冬”不同，2009年的液晶显示器市场可以说进入了全面的回暖期，除了“电脑下乡”等政策面上的支持以外，在这一年“面板的暴涨，技术的升级，16:9产品的兴起，3D显示器的推出以及LED背光的崛起”都可以看做是2009年液晶显示器行业的几大关键字，正是这些关键字的出现也使得2009年的液晶显示器市场表现出了繁荣的迹象。

09年1月－09年5月液晶面板价格走势

液晶显示器最为核心的部件就是液晶面板，而液晶面板几乎占到了整个液晶显示器成本的80%，这就使得液晶显示器的价格在很大程度上要与液晶面板价格“接轨”，而2009年液晶显示器价格的涨幅之巨恐怕超出了所有人的预计，也正是因为液晶面板的巨大涨幅使得2009年的液晶显示器的价格不断创出新高。

09年4月－09年7月液晶面板价格走势

分析2009年面板涨价的原因无外乎经济危机的影响使得面板厂商控制产能，而市场需求并没有减弱，供求关系的不平衡应该是说导致液晶面板价格涨幅如此之快的重要原因，自09年2季度开始液晶面板的价格就象座上了“过山车”，涨幅之大，速度之快也超出了所有人的预期。

19英寸宽屏面板从60美元最高涨到了86美元，22英寸宽屏面板从84美元最高涨到了104美元，甚至18.5英寸的液晶面板从53美元最高涨幅到了83美元，20多美元的涨幅显然超出了所有人的市场的预期，经济危机的到来对于终端市场的需求似乎并没有明显的影响，旺盛的需求使得液晶面板厂商不得不通过涨价的方式来应对，“液晶面板持续涨价，幅度之大让人“汗颜”可以说非常形象的形容了09年液晶面板产业的发展情况。

09年8月－09年10月液晶面板价格走势

09年10月－10年01月液晶面板价格走势

（二）下游各行业近几年增长情况

2005-2009年下游行业（集成电路）产量增长情况统计表

                                                                                                                                            单位：亿块

二、下游主要行业对溅射靶材的应用现状分析

（一）行业1

2009年中国主要领域集成电路市场情况

                                                                                                                                    单位：亿元

（二）行业2

LCD领域随着技术的突破而不断拓展，七十年代出现TN－LCD产品，主要用于电子数字手表、计算器、数字化仪器仪表、游戏机等产品，初步展示出液晶显示的优点。八十年代推出STN产品，实现了笔记本电脑VGA显示，但在点阵显示的响应速度、对比度、灰度级上还有其自身的局限性。九十年代初，TFT（THIN FILM TRANSISTOR，薄膜晶体管）产品面世，其分辨率由CGA（320×200）提高到UXGA（1600×1200），目前已由第一代发展到第四代，其发展速度完全符合经典的摩尔定律。由于TFT－LCD显示器大量引用真彩显示技术、增大视角技术、数字接口技术、显示存贮器技术、新型液晶材料等高新技术和材料，使液晶显示器在屏幕增大的同时，性能也获得很大改善，如可视角增大、反应较快等，一些产品上下左右视角还可达到160度。随着20英寸以下TFT－LCD生产技术日趋成熟，TFT价格与STN的价格差距越来越小，TFT－LCD应用逐步普及，市场占有率上升很快，现已成为平板显示的主导产品，在笔记本电脑上TFT－LCD基本上全面取代了STN，增长最快的领域还包括台式PC液晶显示器、车载设备、工业监视器、PDA、车载导航系统、摄像机监视器、摄像机取景器、数字照相机、投影显示器、游戏机、寻呼机、移动电话机以及下一代电视等，另外在大型商用领域，如股市信息交互系统、银行汇兑系统也得到了广泛应用。最新的TFT－LCD已做到省电、大型化与宽视角，再加上节省空间、无辐射、无闪烁等特征，均是未来显示器发展的一个新方向，具有强大生命力，最有望取代CRT（即阴极射线管显示器）。

第七节 溅射靶材基本生产技术、工艺或流程

1、溅射靶材加工过程

集成电路制造用溅射靶材的加工过程主要包括：熔炼、均匀化处理、压力加工、机械加工等过程，在严格控制靶材纯度的基础上，通过选择不同的压力加工过程、热处理条件、机械加工条件，调整靶材的晶粒取向、晶粒尺寸等，最终满足溅射过程的要求。下图给出了Al合金靶材的生产过程。

高纯Al合金靶材的生产过程

2、靶材中夹杂物的控制

若靶材中夹杂物的数量过高，在溅射过程中，易在晶园上形成微粒（particle），导致互连线短路或断路，严重影响薄膜的性能。靶材中夹杂物绝大部分是在熔炼和铸造过程形成，主要是由氧化物组成，还包括氮化物、碳化物、氢化物、硫化物、硅化物等。因此，在熔炼和铸造过程中，应选用由还原材料制造的坩埚、内浇道、铸模等，并在铸造前彻底清除熔体表面的氧化物和其他熔渣。一般采用在真空或无氧环境下熔炼和铸造。

3、靶材晶粒尺寸和晶粒取向的控制

靶材的晶粒尺寸、晶粒取向对集成电路金属薄膜的制备和性能有很大的影响。采用不同晶粒组织的Al合金靶材进行溅射镀膜试验，对溅射薄膜的均匀性、沉积率进行考察，结果表明晶粒尺寸和取向对靶材的性能有很大的影响，主要表现在：（1）随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低；（2）在合适的晶粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高和薄膜厚度均匀性好；（3）在合适的晶粒尺寸范围内，晶粒取向越均匀越好；（4）当靶材晶粒尺寸超过合适的晶粒尺寸范围时，为提高靶材的性能，必须严格控制靶材的晶粒取向。

靶材的晶粒尺寸和晶粒取向主要通过均匀化处理、热机械加工、再结晶退火进行调整和控制。随着晶园尺寸由8英寸向12英寸发展，溅射靶材的尺寸也逐步增大，为了保证晶园的薄膜质量及成品率，必须严格控制靶材加工过程参数及参数的一致性，保证同一靶材上微观结构与组织的均匀性，以及不同批靶材之间质量的一致性。略……

第八节 溅射靶材新技术研发、应用情况

1、溅射方法

溅射技术的成膜方法较多，典型方法有直流二极溅射、三极(或四极)溅射与磁控溅射等。

(一)二极溅射

二极溅射是最早采用，并且是目前最简单的基本溅射方法。

直流二极溅射装置由阴、阳极组成。用膜材(导体)制成的靶作为阴极，放置被镀件的工件架作为阳极(接地)，两极间距一般为数厘米至十厘米左右。当真空室内电场强度达到一定值后，两极间产生异常辉光放电。等离子区中的Ar+离子被加速而轰击阴极靶，被溅射出的靶材原子在基体上沉积形成薄膜。

如采用射频电源作为靶阴极电源，又可做成二极射频溅射装置，这种装置可以溅射绝缘材料。

(二)三极溅射

二极溅射方法虽然简单，但放电不稳定，而且沉积速率低。为了提高溅射速率以及改善膜层质量，人们在二极溅射装置的基础上附加热阴极，制作出三极溅射装置。

三极溅射中，等离子体的密度可以通过改变电子发射电流和加速电压来控制。离子对靶材的轰击能量可以用靶电压加以控制，从而解决了二极溅射中靶电压、靶电流和气压之间相互制约的矛盾。

三极溅射的缺点在于放电不稳定，等离子体密度不均匀引起的膜厚不均匀。为此，在三极溅射的基础上又加了一个辅助阳极，这就形成了四极溅射。

(三)磁控溅射

磁控溅射又称为高速低温溅射。在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子(如Ar+)，在靶阴极电场的加速下，轰击阴极材料，使材料表面的原子或分子飞离靶面，穿越等离子体区以后在基片表面淀积、迁移最终形成薄膜。

与二极溅射相比较，磁控溅射的沉积速率高，基片升温低，膜层质量好，可重复性好，便于产业化生产。它的发展引起了薄膜制备工艺的巨大变革。

磁控溅射源在结构上必须具备两个基本条件：

(1)建立与电场垂直的磁场；

(2)磁场方向与阴极表面平行，并组成环形磁场。

在平面磁控靶结构原理图中可以看出，磁控溅射源实质上是在二极溅射的阴极靶后面设置了磁铁，磁铁在靶面上产生水平分量的磁场。离子轰击靶材时放出二次电子，这些电子的运动路径很长，被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子体区域内沿跑道转圈，在该区中通过频繁地碰撞电离出大量Ar+用以轰击靶材，从而实现了高速溅射。电子经数次碰撞后能量逐渐降低，逐步远离靶面，最终以很低的能量飞向阳极基体，这使得基体的升温也较低。由于增加了正交电磁场对电子的束缚效应，故其放电电压(500～600V)和气压(10-1Pa)都远低于直流二极溅射。

1）反应磁控溅射

以金属、合金、低价金属化合物或半导体材料作为靶阴极，在溅射过程中或在基片表面沉积成膜过程中与气体粒子反应生成化合物薄膜，这就是反应磁控溅射[3]。反应磁控溅射广泛应用于化合物薄膜的大批量生产，这是因为：

(1)反应磁控溅射所用的靶材料(单元素靶或多元素靶)和反应气体(氧、氮、碳氢化合物等)纯度很高，因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。

(2)通过调节反应磁控溅射中的工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜，通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性。

(3)反应磁控溅射沉积过程中基板升温较小，而且制膜过程中通常也不要求对基板进行高温加热，因此对基板材料的限制较少。

(4)反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜，并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。

但是，直流反应溅射的反应气体会在靶表面非侵蚀区形成绝缘介质层，造成电荷积累放电，导致沉积速率降低和不稳定，进而影响薄膜的均匀性及重复性，甚至损坏靶和基片。为了解决这一问题，近年来发展了一系列稳定等离子体以控制沉积速率，提高薄膜均匀性和重复性的辅助技术。

(1)采用双靶中频电源解决反应磁控溅射过程中因阳极被绝缘介质膜覆盖而造成的等离子体不稳定现象，同时还解决了电荷积累放电的问题。

(2)利用等离子发射谱监测等离子体中的金属粒子含量，调节反应气体流量使等离子体放电电压稳定，从而使沉积速率稳定。

(3)使用圆柱形旋转靶减小绝缘介质膜的覆盖面积。

(4)降低输入功率，并使用能够在放电时自动切断输出功率的智能电源抑制电弧。

(5)反应过程与沉积过程分室进行，既能有效提高薄膜沉积速率，又能使反应气体与薄膜表面充分反应生成化合物薄膜。

2）交流磁控溅射

和直流溅射相比交流磁控溅射采用交流电源代替直流电源，解决了靶面的异常放电现象。

交流溅射时，靶对真空室壁不是恒定的负电压,而是周期一定的交流脉冲电压。设脉冲电压的周期为T，在负脉冲T—△T时间间隔内，靶面处于放电状态，这一阶段和直流磁控溅射相似；靶面上的绝缘层不断积累正电荷，绝缘层上的场强逐步增大；当场强增大至一定限度后靶电位骤降为零甚至反向，即靶电位处于正脉冲△T阶段。在△T时间内，放电等离子体中的负电荷─电子向靶面迁移并中和了绝缘层表面所带的正电荷，使绝缘层内场强恢复为零，从而消除了靶面异常放电的可能性。

在靶面平均功率一定的前提下，负脉冲期间可以给靶施加更大的脉冲功率，因此交流溅射还可以在不改变靶的冷却条件下增强基片附近的等离子体密度。

交流溅射(脉冲溅射)的电压波形可以是对称的，也可以是不对称的。通常将输出电压波形为不对称的矩形波的交流溅射方式称为脉冲溅射(常用于单靶溅射)；而将输出波形为对称方波或正弦波的溅射方式称为交流溅射(常用于对靶溅射)。当交流溅射技术用于对靶溅射时，一个周期中每块靶轮流充当阴极和阳极，形成良好的“自清洁”效应。在沉积多元合金或化合物薄膜时，还可以通过调节交变脉冲电压的占空比来改变薄膜的组分。

3）非平衡磁控溅射

Window等人在1985年首先引入了非平衡磁控溅射的概念，并给出了非平衡磁控溅射平面靶的原理性设计。对于一个磁控溅射靶，其外环磁场强度与中部磁极的磁场强度相等或接近，称为“平衡磁控溅射靶”；如果某一磁极的磁场相对于另一极性相反的部分增强或减弱，就形成了“非平衡磁控溅射靶”。

非平衡磁控溅射法通过附加磁场，将阴极靶面的等离子体引到溅射靶前200mm到300mm的范围内，使基片沉浸在等离子体中。这样一方面溅射出来的粒子沉积在基片表面形成薄膜，另一方面等离子体轰击基片，起到离子辅助的作用，极大的改善了膜层质量。非平衡磁控溅射除了具有较高的溅射速率外，能够向镀膜区输出更多的离子，离子浓度正比于溅射靶的放电电流。目前，该技术被广泛应用于制备各种硬质薄膜。

非平衡磁控溅射的磁场又分闭合场和非闭合场两种。闭合的磁场能够控制电子只在磁场内沿磁力线移动，避免了电子在真空室壁上的损失。

在靶面附近差别不大。在内外磁极之间，通过横向磁场对电子的约束，形成了电离度很高的等离子体区，在这个等离子区内正离子对靶面有强烈的溅射作用。而在镀膜区域内，两者的磁场分布的差别就大了。由于镜像靶对两个靶磁场的相互排斥作用，纵向磁场向真空室壁弯曲，电子在真空室壁上损失掉，进而降低了离子的数量。而闭合磁场靶对在镀膜区域的纵向磁场是闭合的，避免了电子的损失，从而增加了离子浓度。如果安排四个非平衡靶构成闭合磁场，则可以进一步提高等离子区的离子浓度和离子分布的均匀性。

2、溅射镀膜技术的应用

1）制备薄膜磁头的耐磨损氧化膜

硬盘磁头进行读写操作时与硬盘表面产生滑动摩擦，为了减小摩擦力及提高磁头寿命，目前磁头正向薄膜化方向发展。

绝缘膜和保护膜(即AL2O3、SiO2氧化物薄膜)是薄膜磁头主要构成成份。对薄膜磁头的耐磨损膜的要求是耐冲击性好，耐磨性好，有适当的可加工性以及加工变形小，通常采用反应溅射法制备该种薄膜。为了防止基片升温过高，溅射镀膜过程中要对基片进行冷却。

2）制备硬质薄膜

目前广泛使用的硬化膜是水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆，而且电镀速度慢，造成环境污染。如果采用金属Cr靶，在N2气氛中进行非平衡磁控溅射镀膜，可以在工件上镀覆Cr、CrNX等镀层，代替水溶液电镀用于旋转轴和其它运动部件。

3）制备切削刀具和模具的超硬膜

采用普通化学气相沉积技术制备TiN、TiC等超硬镀层，温度要在1000℃左右，这已经超过了高速钢的回火温度，对于硬质合金来说还可能使镀层晶粒长大。而采用对向靶溅射沉积单相TiN薄膜，溅射时间只需10～15min，基片温度不超过150℃，得到的TiN薄膜硬度最高可达HV3800。利用非平衡磁控溅射法制备的TiN镀膜，通过膜层硬度和临界载荷实验以及摩擦实验，表明膜层硬度已经达到和超过其它离子镀膜的效果。

4）制备固体润滑膜

固体润滑膜如MoS2薄膜已成功应用于真空工业设备、原子能设备以及航空航天领域，对于工作在高温环境的机械设备也是毕不可少的。虽然MoS2可用化学反应镀膜法制备，但溅射镀膜发得到的MoS2薄膜致密性好，膜基附着力大，添加Au(5wt%)的MoS2膜，其致密性和附着性更好，摩擦系数更小。

5）制备光学薄膜

溅射法是目前工业生成中制备光学薄膜的一种主要的工艺。长期以来，反应磁控溅射技术主要用于工具表面镀制TiN等超硬膜以及建筑玻璃、汽车玻璃、透明导电膜等单层或简单膜层。近年来，光通信，显示技术等方面对光学薄膜的巨大需求，刺激了将该技术用于光学薄膜工业化生产的研究。略……

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