磁控溅射是物相沉积的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射,必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程,和靶原子碰撞,把部分动量传给靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量,离开靶被溅射出来。磁控溅射涂层有很好的牢固性,溅射薄膜与基板,机械强度得到了改善,更好的附着力。江苏专业磁控溅射优点
用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射很方便。这是因为靶(阴极),等离子体和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体(如陶瓷),则回路断了。于是人们采用高频电源,回路中加入很强的电容,这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵,溅射速率很小,同时接地技术很复杂,因而难大规模采用。为解决此问题,发明了磁控反应溅射。就是用金属靶,加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化,与反应气体化合生成氮化物或氧化物。四川直流磁控溅射分类磁控溅射在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题。
磁控溅射的工艺研究:1、传动速度:玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。低传动速度使玻璃在阴极范围内经过的时间更长,这样就可以沉积出更厚的膜层。不过,为了保证膜层的均匀性,传动速度必须保持恒定。镀膜区内一般的传动速度范围为每分钟0~600英寸之间。根据镀膜材料、功率、阴极的数量以及膜层的种类的不同,通常的运行范围是每分钟90~400英寸之间。2、距离与速度及附着力:为了得到较大的沉积速率并提高膜层的附着力,在保证不会破坏辉光放电自身的前提下,基片应当尽可能放置在离阴极较近的地方。溅射粒子和气体分子的平均自由程也会在其中发挥作用。当增加基片与阴极之间的距离,碰撞的几率也会增加,这样溅射粒子到达基片时所具有的能力就会减少。所以,为了得到较大的沉积速率和较好的附着力,基片必须尽可能地放置在靠近阴极的位置上。
磁控溅射生成的薄膜厚度的均匀性是成膜性质的一项重要指标,因此有必要研究影响磁控溅射均匀性的因素,以更好的实现磁控溅射均匀镀膜。简单的说磁控溅射就是在正交的电磁场中,闭合的磁场束缚电子围绕靶面做螺线运动,在运动过程中不断撞击工作气体氩气电离出大量的氩离子,氩离子在电场作用下加速轰击靶材,溅射出呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。所以要实现均匀的镀膜,就需要均匀的溅射出靶原子(或分子),这就要求轰击靶材的氩离子是均匀的且是均匀的轰击的。由于氩离子在电场作用下加速轰击靶材,所以均匀轰击很大程度上依赖电场的均匀。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
PVD技术特征:过滤阴极弧:过滤阴极电弧配有高效的电磁过滤系统,可将弧源产生的等离子体中的宏观大颗粒过滤掉,因此制备的薄膜非常致密和平整光滑,具有抗腐蚀性能好,与机体的结合力很强。离子束:离子束加工是在真空条件下,先由电子枪产生电子束,再引入已抽成真空且充满惰性气体之电离室中,使低压惰性气体离子化。由负极引出阳离子又经加速、集束等步骤,获得具有一定速度的离子投射到材料表面,产生溅射效应和注入效应。由于离子带正电荷,其质量比电子大数千、数万倍,所以离子束比电子束具有更大的撞击动能,是靠微观的机械撞击能量来加工的。磁控溅射的优点:基板低温性。广州真空磁控溅射设备
空磁控溅射技术是指一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱,使E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移。江苏专业磁控溅射优点
特殊溅射沉积技术:以上面几种做基础,为达到某些特殊目的而产生的溅射技术。1、反应溅射:可分为两类,第一种情况是靶为纯金属、合金或混合物,通入的气体是反应气体,或Ar加上一部分反应气体;第二种情况是靶为化合物,在纯氩气气氛中溅射产生分解,使膜内缺少一种或多种靶成分,在溅射时需要补充反应气体以补偿损失的成分。常用的反应气体有氧、氮、氧+氮、乙炔、甲烷等。1)反应过程,反应发生在表面--靶或基体上,活性气体也可以形成活性基团,溅射原子与活性基团碰撞也会形成化合物沉积在基体上。当通入的反应气体压强很低,或靶的溅射产额很高时化合物的合成发生在基体上,而且化合物的成分取决于溅射粒子和反应气体到达基体的相对速度,这种条件下,靶面的化学反应消失或者是化合物分解的速度远大于合成的速度;当气体压强继续升高,或溅射产额降低时化合反应达到某个域值,此后在靶上的化学合成速度大于逸出速度,认为化合物在靶面进行。江苏专业磁控溅射优点
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