射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术。

射频溅射（RFsputtering）

用交流电源代替直流电源就构成了交流溅射系统，由于常用的交流电源的频率在射频段。如13.56MHz，所以称为射频溅射。

在直流溅射装置中如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得正离子会在靶面上累积，使其带正电，靶电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄灭和溅射停止，所以直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。由于离子比电子质量大，迁移率小，不像电子那样很快地向靶表面集中，所以靶表面的电位上升缓慢，由于在靶上会形成负偏压，所以射频溅射装置也可以溅射导体靶。

在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振荡，因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子的概率变大，故使得击穿电压、放电电压及工作气压显著降低。

射频溅射使用交流电源而不是直流电源的原因？

在直流射频装置中如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得正离子会在靶面上累积，使其带正电，靶电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄灭和溅射停止。所以直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致射频电压的负半周时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。由于在靶上会形成负偏压，所以射频溅射装置也可以溅射导体靶。

两极间接上射频（5~30MHz，国际上多采用13.56MHz）电源后，两极间等离子体中不断振荡运动的电子从高频电场中获得足够的能量，并更有效地与气体分子发生碰撞，并使后者电离，产生大量的离子和电子，此时不再需要在高压下（10Pa左右）产生二次电子来维持放电过程，射频溅射可以在低压（1Pa左右）下进行，沉积速率也因此时气体散射少而较二极溅射为高；高频电场可以经由其他阻抗形式耦合进入沉积室，而不必再要求电极一定要是导体；由于射频方法可以在靶材上产生自偏压效应，即在射频电场作用的同时，靶材会自动处于一个较大的负电位下，从而导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射，而在衬底上自偏压效应很小，气体离子对其产生的轰击和溅射可以忽略，主要是沉积过程。

射频溅射装置示意图

射频电场对于靶材的自偏压效应

由于电子的运动速度比离子的速度大得多，因而相对于等离子体来说，等离子体近旁的任何部位都处于负电位。设想一个电极上开始并没有任何电荷积累。在射频电压的驱动下，它既可作为阳极接受电子，又可作为阴极接受离子。在一个正半周期中，电极将接受大量电子，并使其自身带有负电荷。在紧接着的负半周期中，它又将接受少量运动速度较慢的离子，使其所带负电荷被中和一部分。经过这样几个周期后，电极上将带有一定数量的负电荷而对等离子体呈现一定的负电位。（此负电位对电子产生排斥作用，使电极此后接受的正负电荷数目相等）设等离子电位为Vp（为正值），则接地的真空室（包含衬底）电极（电位为0）对等离子的电位差为-Vp，设靶电极的电位为Vc（是一个负值），则靶电极相对于等离子体的电位差为Vc-Vp。|Vc-Vp|幅值要远大于|-Vp|。因此，这一较大的电位差使靶电极实际上处在一个负偏压之下，它驱使等离子体在加速后撞击靶电极，从而对靶材形成持续的溅射。（1）射频溅射条件：工作气压1.0Pa，溅射电压1000V，靶电流密度1.0mA/cm2,薄膜沉积速率低于0.5μm/min。（2）射频溅射法的特点能够产生自偏压效应，达到对靶材的轰击溅射，并沉积在衬底上；自发产生负偏压的过程与所用靶材是否是导体无关。但是，在靶材是金属导体的情况下，电源须经电容耦合至靶材，以隔绝电荷流通的路径，从而形成自偏压；

与直流溅射时的情况相比，射频溅射法由于可以将能量直接耦合给等离子体中的电子，因而其工作气压和对应的靶电压较低。

1、可在低气压下进行，溅射速率高。

2、不仅可溅射金属靶，也可溅射绝缘靶，可以把导体，半导体，绝缘体中的任意材料薄膜化。

3、必须十分注意接地问题。

近年来，射频溅射在研制大规模集电路绝缘膜、压电声光功能膜、化合物半导体膜及高温超导膜等方面有重要应用。