磁控溅射的种类: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。靶源分平衡式和非平衡式,平衡式靶源镀膜均匀,非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。平衡靶源多用于半导体光学膜,非平衡多用于磨损装饰膜。磁控阴极按照磁场位形分布不同,大致可分为平衡态磁控阴极和非平衡态磁控阴极。平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等,两极磁力线闭合于靶面,很好地将电子/等离子体约束在靶面附近,增加了碰撞几率,提高了离化效率,因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电,靶材利用率相对较高。但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面,基片区域所受离子轰击较小。非平衡磁控溅射技术,即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极,两极磁力线在靶面不完全闭合,部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域,从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片,增加基片区域的等离子体密度和气体电离率。向脉冲更多地用于双靶闭合式非平衡磁控溅射系统,系统中的两个磁控靶连接在同一脉冲电源上。湖北多层磁控溅射技术
磁控溅射靶材的制备方法:磁控溅射靶材的制备技术方法按生产工艺可分为熔融铸造法和粉末冶金法两大类,在靶材的制备过程中,除严格控制材料的纯度、致密度、晶粒度以及结晶取向之外,对热处理工艺条件、后续成型加工过程亦需要加以严格的控制,以保证靶材的质量。1、熔融铸造法:与粉末冶金法相比,熔融铸造法生产的靶材产品杂质含量低,致密度高。2、粉末冶金法:通常,熔融铸造法无法实现难熔金属溅射靶材的制备,对于熔点和密度相差较大的两种或两种以上的金属,采用普通的熔融铸造法,一般也难以获得成分均匀的合金靶材;对于无机非金属靶材、复合靶材,熔融铸造法更是无能为力,而粉末冶金法是解决制备上述靶材技术难题的较佳途径。同时,粉末冶金工艺还具有容易获得均匀细晶结构、节约原材料、生产效率高等优点。天津单靶磁控溅射方案溅射是指荷能颗粒轰击固体表面,使固体原子或分子从表面射出的现象。
直流溅射的结构原理:真空室中装有辉光放电的阴极,靶材就装在此极表面上,接受离子轰击;安装镀膜基片或工件的样品台以及真空室接地,作为阳极。操作时将真空室抽至高真空后,通入氩气,并使其真空度维持在1.0Pa左右,再加上2-3kV的直流电压于两电极之上,即可产生辉光放电。此时,在靶材附近形成高密度的等离子体区,即负辉区该区中的离子在直流电压的加速下轰击靶材即发生溅射效应。由靶材表面溅射出来的原子沉积在基片或工件上,形成镀层。
磁控溅射的溅射技术:直流溅射法:直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料。因为轰击绝缘靶材时,表面的离子电荷无法中和,这将导致靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离的机会将变小,甚至不能电离,导致不能连续放电甚至放电停止,溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材,须用射频溅射法。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程:入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞,入射粒子的一部分动能会传给靶材原子;某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒,从而从晶格点阵中被碰撞出来,产生离位原子;这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞,产生碰撞级联;当这种碰撞级联到达靶材表面时,如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能,这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。磁控溅射具有设备简单、易于控制、涂覆面积大、附着力强等优点。
脉冲磁控溅射的工作原理:脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。脉冲溅射可以有效地抑制电弧产生进而消除由此产生的薄膜缺陷,同时可以提高溅射沉积速率,降低沉积温度等一系列明显的优点,是溅射绝缘材料沉积的优先选择工艺过程。在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段,在负电压段,电源工作于靶材的溅射,正电压段,引入电子中和靶面累积的正电荷,并使表面清洁,裸露出金属表面。加在靶材上的脉冲电压与一般磁控溅射相同!为400~500V,电源频率在10~350KHz,在保证稳定放电的前提下,应尽可能取较低的频率#由于等离子体中的电子相对离子具有更高的能动性,因此正电压值只需要是负电压的10%~20%,就可以有效中和靶表面累积的正电荷。占空比的选择在保证溅射时靶表面累积的电荷能在正电压阶段被完全中和的前提下,尽可能提高占空,以实现电源的较大效率。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。广州磁控溅射实验室
磁控溅射就是提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。湖北多层磁控溅射技术
磁控溅射的工艺研究:溅射变量:电压和功率: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,引起气体中的电流发生变化。改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子,这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速率。一般来说,提高电压可以提高离化率。这样电流会增加,所以会引起阻抗的下降。提高电压时,阻抗的降低会大幅度地提高电流,即大幅度提高了功率。如果气体压强不变,溅射源下的基片的移动速度也是恒定的,那么沉积到基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围内,功率的提高与溅射速率的提高是一种线性的关系。湖北多层磁控溅射技术
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