磁控濺射儀的測量原理主要基于濺射效應和磁性控制，通過高能粒子轟擊靶材表面，使靶材原子被濺射并沉積到基底上。
1.濺射效應：
在真空腔體內，通過施加高電壓（直流或射頻）在靶材（陰極）和基底（陽極）之間形成電場。
氣體（如氬氣）在電場作用下電離，產生等離子體（包括正離子和自由電子）。
正離子在電場加速下轟擊靶材表面，將靶材原子或分子濺射出來，沉積到基底表面形成薄膜。
2.磁控作用：
在靶材后方加入磁場（通常為永磁體或電磁線圈），使電子在電場和磁場的共同作用下做螺旋運動。
磁場限制了電子的運動軌跡，延長了電子與氣體分子的碰撞時間，從而提高了氣體電離率和濺射效率。
這種設計減少了電子對基底的直接轟擊，降低了基底溫升，同時提高了沉積速率。
二、磁控濺射儀的測量原理涉及對以下參數的實時監測和控制：
1. 靶材濺射速率
原理：
通過測量濺射過程中靶材的質量損失或沉積薄膜的厚度，計算濺射速率。
常用的方法包括：
石英晶體微天平（QCM）：利用石英晶體的頻率變化測量沉積速率。
光學測厚儀：通過反射光或透射光的干涉現象測量薄膜厚度。
應用：
優化濺射功率、氣體流量和基底溫度等參數，以實現均勻且可控的薄膜生長。
2. 等離子體特性
原理：
通過檢測等離子體的密度、電子溫度和離子能量，評估濺射過程的穩定性。
常用工具包括：
朗繆爾探針：測量等離子體密度和電子溫度。
光譜儀：分析等離子體發光光譜，獲取離子和電子的能量分布。
應用：
調節磁場強度、氣壓和放電電流，維持穩定的等離子體環境。
3. 薄膜成分與結構
原理：
利用表面分析技術對沉積薄膜的成分、結構和形貌進行表征。
常用方法包括：
X射線衍射（XRD）：分析薄膜的晶體結構。
掃描電子顯微鏡（SEM）：觀察薄膜表面形貌和顆粒尺寸。
能譜分析（EDS）：測定薄膜的元素組成。
應用：
根據測量結果調整靶材成分、濺射功率和基底溫度，優化薄膜性能。
4. 基底溫度與應力
原理：
在濺射過程中，基底溫度會影響薄膜的結晶性和附著力。
通過紅外測溫儀或熱電偶實時監測基底溫度，并通過應力測試儀（如激光曲率法）測量薄膜應力。
應用：
控制冷卻系統或加熱裝置，減少薄膜與基底之間的熱失配應力。
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