靶材中毒

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"靶材中毒"是指在‌磁控溅射镀膜‌过程中，由于反应气体（如氮气、氧气等）的引入，导致靶材表面与这些气体发生化学反应，形成一层化合物覆盖层（如氮化物、氧化物等）。这层化合物改变了靶材表面的性质，阻碍了正常的溅射过程，表现为‌溅射速率显著下降、溅射电压异常降低（通常低于正常工作的400-600V范围）、工艺不稳定并可能伴随弧光放电‌的现象。
其核心机制和关键点如下：

• 中毒本质‌：
  
  • 反应气体过量，与靶材表面原子发生化学反应，形成化合物绝缘层或半导体层。
  • 例如，在沉积氮化钛(TiN)时，若氮气(N2)过多，金属钛(Ti)靶表面会形成一层氮化钛(TiN)： Ti + N2 → TiN (覆盖在靶表面)。
  • 这层化合物覆盖了靶材的活性溅射位点。
  • 化合物层的导电性显著低于金属靶材本身，导致正离子在靶表面积聚无法有效中和，降低了靶表面的负偏压。
    
• 主要现象‌：
  
  • ‌溅射电压显著降低‌：从正常的400-600V范围下降到较低水平（如200V左右），且维持低电压运行状态。
  • ‌溅射速率急剧下降‌：化合物层的溅射产额远低于金属靶材，导致薄膜沉积速率变慢。
  • ‌放电异常不稳定‌：容易产生弧光放电（打弧），破坏镀膜过程和薄膜质量。
  • ‌工艺控制困难‌：电压和沉积速率无法稳定维持。
    
• 关键诱发因素‌：
  
  • 反应气体流量过大或比例过高（相对于溅射气体氩气）。
  • 工艺参数（如功率、压力）设置不当，不足以维持稳定的金属溅射模式。
  • 靶材本身导电性较差时更易发生。
    

‌总结‌：靶材中毒是反应磁控溅射中的一种异常状态，由过量反应气体在靶材表面形成化合物层引起，导致溅射效率降低、工艺不稳定和薄膜质量下降。其核心特征是靶电压异常降低和溅射速率下降。