磁控溅射就是在外加电场的两极之间引入一个磁场。这个磁场使得电子受到洛伦兹力的束缚作用,其运动路线受到控制,因此大幅度增加了电子与Ar分子(原子)碰撞的几率,提高了气体分子的电离程度,从而使溅射效率得到很大的提升。溅射现象自发现以来己被普遍应用在多种薄膜的制备中,如制备金属、半导体、合金、氧化物以及化合物半导体等。磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。磁控溅射在技术上可以分为直流(DC)磁控溅射、中频(MF)磁控溅射、射频(RF)磁控溅射。高速率磁控溅射本质特点是产生大量的溅射粒子,导致较高的沉积速率。云南单靶磁控溅射方案
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。反应磁控溅射普遍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和反应气体纯度很高,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。四川直流磁控溅射特点溅射工艺可重复性好,可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜。
近年来磁控溅射技能发展十分迅速,代表性办法有平衡平衡磁控溅射、反响磁控溅射、中频磁控溅射及高能脉冲磁控溅射等等。放电发生的等离子体中,氩气正离子在电场效果下向阴极移动,与靶材外表磕碰,受磕碰而从靶材外表溅射出的靶材原子称为溅射原子。磁控溅射不只应用于科研及工业范畴,已延伸到许多日常生活用品,主要应用在化学气相堆积制膜困难的薄膜制备。磁控溅射技能在制备电子封装及光学薄膜方面已有多年,特别是先进的中频非平衡磁控溅射技能也已在光学薄膜、通明导电玻璃等方面得到应用。
磁控溅射设备的主要用途:(1)各种功能性薄膜:如具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的薄膜。例如,低温沉积氮化硅减反射膜,以提高太阳能电池的光电转换效率。(2)装饰领域的应用,如各种全反射膜及半透明膜等,如手机外壳,鼠标等。(3)在微电子领域作为一种非热式镀膜技术,主要应用在化学气相沉积或金属有机。(4)化学气相沉积困难及不适用的材料薄膜沉积,而且可以获得大面积非常均匀的薄膜。(5)在光学领域:中频闭合场非平衡磁控溅射技术也已在光学薄膜、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面得到应用。特别是透明导电玻璃普遍应用于平板显示器件、太阳能电池、微波与射频屏蔽装置与器件、传感器等。(6)在机械加工行业中,表面功能膜、超硬膜,自润滑薄膜的表面沉积技术自问世以来得到长足发展,能有效的提高表面硬度、复合韧性、耐磨损性和抗高温化学稳定性能,从而大幅度地提高涂层产品的使用寿命。磁控溅射除上述已被大量应用的领域,还在高温超导薄膜、铁电体薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜发光材料、太阳能电池、记忆合金薄膜研究方面发挥重要作用。在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压,电路中等离子体的阻抗会随之改变。
直流磁控溅射所用的电源是直流高压电源,通常在300~1000V,特点是溅射速率快,造价低,后期维修保养廉价。可是只能溅射金属靶材,假如靶材是绝缘体,随着溅射的深化,靶材会聚集很多的电荷,导致溅射无法持续。因而关于金属靶材通常用直流磁控溅射,因为造价廉价,结构简略,目前在工业上使用普遍。脉冲磁控溅射是采用脉冲电源或者直流电源与脉冲生成装置配合,输出脉冲电流驱动磁控溅射沉积。一般使用矩形波电压,既容易获得又有利于研究溅射放电等离子体的变化过程。工作模式与中频溅射。玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。四川直流磁控溅射特点
中频交流磁控溅射在单个阴极靶系统中,与脉冲磁控溅射有同样的释放电荷、防止打弧作用。云南单靶磁控溅射方案
磁控溅射原理:电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响,被束缚在靠近靶面的等离子体区域内,该区域内等离子体密度很高,二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动,该电子的运动路径很长。磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气,在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁)之间施加几百K直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离。云南单靶磁控溅射方案
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