磁控溅射直流与射频的区别，射频好还是直流强？我在镀膜车间的真实观察

从事镀膜这个行当差不多有快十五年了，在这个过程当中，确实也遇到了各种各样的设备以及材料。很多刚刚进入这个行业的人，经常会问到，那么直流磁控溅射跟射频磁控溅射它们之间究竟差别是在哪里呢？实际上要是你只是简单地从教科书里边去找寻相关的答案，看完之后大概率可能还是会觉得一头雾水的。而真正在咱们的产线上面，这个区别其实就是通过一层又一层不断地“试错”才得以显现出来的。

那么咱们先来说说DC，它也就是直流磁控溅射。这个方式它其实可以说是挺直接的，就是一头它会去接地，而另一头，则是去施加一个负压，主要是依靠着电场的力量来把正离子给拉向靶材的方向。这些离子会去撞击靶材的表面，然后从表面上被打下来的原子就会得以沉积到基片上边。只要咱们使用的靶材它本身是导电的，那么用DC来开展工作就会非常顺利。像是铝、钛、以及钼这些金属类的靶材，在DC这种模式下来使用的时候，它的效率会比较高，同时稳定性方面也相当不错，而且靶材的利用率也是非常可以的。像咱们之前就曾经接到过一个关于手机零部件的项目，当时客户就明确地要求需要在比较大的面积上实现很好

的均匀性，于是咱们就运用DC来进行铝合金的溅射工作，整整坚持了一个多月的时间，基本上就没有出现过带有瑕疵的膜层。

但是，问题它主要会出在咱们去处理那些非导电材料的时候。比如说像是氧化锌、氮化硅、以及氧化钛这些属于陶瓷类的靶材，一旦咱们把DC给用上去之后，它的等离子体状态就会非常不稳定，有时候甚至还会直接出现灭弧的情况。有一次咱们去尝试用氧化铟锡，也就是常说的ITO这种靶材来试试看能不能用DC，结果根本就没有能够撑过3分钟的时间。那个时候它的电压波动实在是太大了，整个腔体几乎都黑了半边，讲真那是相当吓人的。面对这种状况的时候，咱们就必须要去使用RF了，它也就是射频磁控溅射。

RF它是通过把交变电场给引入进来，以此来使得离子以及电子它们都能够在里边来回地运动。这是因为电场的方向会不断地发生变化，正负电荷会交替地进行加速，这样一来，它就能够得以维持一个更加均匀的等离子体区域。这种机制它就能够让那些绝缘性的靶材也能够正常地去进行溅射了。像咱们工厂在之前做低辐射玻璃项目的时候，就是运用RF去进行了一层氧化锡膜的镀制工作，虽然说整个过程相对会慢那么一些，但是它的稳定性确实是非常不错的，得到的膜层相当致密并且光滑。

但是，RF它也有一些让人觉得比较烦人的地方。首先第一个方面，就是它的价格会比较昂贵。它整个设备本身的价格就比较高，而且像它的匹配网络、冷却系统、以及整流模块这些相关的配件，结构方面也会比较复杂。一整套的射频电源，动辄可能就会要几十万块钱，所以它的维护成本自然也是比较高的。像咱们之前用的那一套设备，用了大概三年的时间，光是去维修冷却系统就前前后后花了四次钱。其次第二个方面，就是它需要的调试时间会比较长。尤其是在当咱们刚开始要进行打膜工作的时候，它的等离子体不是那么容易被点燃，会一直需要人工去进行功率、频率、以及腔体气压这些方面的微调。记得当时去调试ITO靶材的时候，光是为了找到一个能够稳定电压的初始点位，就花费了足足一天半的时间。

而且，你还真不能指望RF就能够一直都保持稳定。有的时候，只要腔体里边残余气体的含量稍微发生一点变化，那么它整个放电的状态可能就会出现跳变。相比较之下，DC就没有那么的“娇气”了，基本上你只要把它给通上电，它就能够稳定地开展工作。另外还有一个比较重要的点就是，DC的沉积速率通常情况下都会比RF要来得更快一些。要是咱们需要去赶工期，或者说是去镀制那些比较厚的膜层，那么要是选用RF的话，讲真的会让人等得相当心焦。

不过，一个挺有意思的情况就是，中频磁控也就是MF这种技术，也开始越来越频繁地出现在一些具体的项目当中了。它主要是借助去运用两个具有相反极性的电极来进行交替的供电，这样一来，它也能够去处理一些不是那么容易进行溅射的材料。比如说像是碳化硅、以及氮化铝这种属于半导体类的靶材，有时候运用MF来进行处理可能会比RF的效率要来得更高一些，但是，这类系统它会更加地依赖于高端的设备条件，对于普通的实验室来讲，还真的没有这个条件去进行这方面的尝试。

那么，咱们到底应该去选用哪一个呢？咱们大概是这样来看待的——要是你主要是进行批量生产那些导电性的薄膜，那么选用DC基本上可以说是一个默认的选项了。要是处理的是那些非金属或者功能性的膜层，尤其是在透明导电膜、绝缘保护层之类的这些方面，那么使用RF就会更加地适宜。有的时候客户提出来的要求会非常多且详细，比如说膜层需要进行分段的镀制，甚至还会要求多层之间进行叠加，面对这种状况的时候，咱们常常会采取DC+RF混搭的方式来开展工作，也就是在一个腔体当中同时去运行两个系统，一个系统它主要负责金属层的处理，而另外一个系统则是负责氧化物。这样做虽然看起来会比较复杂，但是它确实是能够有效地去提高咱们的良品率的。

有时候，也会有一些客户他们会对极限的工艺有着非常高的追求，比如说像超薄的膜厚、原子级别的控制这些，遇到这种时候，咱们就必须要去动用像是脉冲溅射、偏压辅助等等之类的技术了，而DC跟RF它们仅仅只是在这其中属于最基础的两个入门级的选项罢了。但是，讲句实在话，如果最基础的部分都不够扎实，那么后面再去谈论那些更高级的技术，基本上可以说是没有什么太大用处的。像咱们之前就有一个新的同事，他刚刚毕业就想着要去尝试那些比较复杂的工艺了，结果，最基本的DC电压曲线他都没有能够搞清楚，连续两周的时间，他做出来的膜层都没有能够达到相关的标准，最后也是被客户直接点名批评了。

咱们一直以来都认为，溅射这个行业它并不是简简单单地依靠设备的参数就能够堆积出来的，它更多的还是要依靠咱们去做的人——也就是说，你需要去了解材料的“性格”，懂得设备的“脾气”，而且还需要用一种带有点“人情味”的方式去跟咱们做出来的膜层进行“沟通”。有的时候，你甚至还需要去大胆地“猜测”一下靶材目前所处的状态，比如看看它大概什么时候是到了应该去进行清洗的时候了，又或者是什么时候差不多快要“寿终正寝”了。

差不多说到这里了，感觉也没有什么特别需要去总结的地方。只是想跟大家说的是，请不要把DC跟RF这两种方式简单地看作是两个对立的阵营，它们彼此之间并不是对手的关系，而是属于两种不同的工具。而真正的关键，其实就是要去选用那个最合适的工具来开展工作。