磁控溅射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。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。山东平衡磁控溅射镀膜
高能脉冲磁控溅射技术是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术。电源与等离子体淹没离子注入沉积方法相结合,形成一种新颖的成膜过程与质量调控技术,是可应用于大型矩形靶的离化率可控磁控溅射新技术,填补了国内在该方向的研究空白。将高能冲击磁控溅射与高压脉冲偏压技术复合,利用其高离化率和淹没性的特点,通过成膜过程中入射粒子能量与分布的有效操控,实现高膜基结合力、高质量、高均匀性薄膜的制备。同时结合全新的粒子能量与成膜过程反馈控制系统,开展高离化率等离子体发生、等离子体的时空演变及荷能粒子成膜物理过程控制等方面的研究与工程应用。其中心技术具有自主知识产权,已申请相关发明专利两项。该项技术对实现PVD沉积关键瓶颈问题的突破具有重大意义,有助于提升我国在表面工程加工领域的国际竞争力。如在交通领域,该技术用于汽车发动机三部件,可降低摩擦25%,减少油耗3%;机械加工领域,沉积先进镀层可使刀具寿命提高2~10倍,加工速度提高30-70%。山东平衡磁控溅射镀膜磁控溅射技术在光学薄膜、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面也得到应用。
射频磁控溅射是一种制备薄膜的工艺,特别是在使用非导电材料时,薄膜是在放置在真空室中的基板上生长的。强大的磁铁用于电离目标材料,并促使其以薄膜的形式沉淀在基板上。使用钻头的人射频磁控溅射过程的第一步是将基片材料置于真空中真空室。然后空气被移除,目标材料,即构成薄膜的材料,以气体的形式释放到腔室中。这种材料的粒子通过使用强大的磁铁被电离。现在以等离子体的形式,带负电荷的靶材料排列在基底上形成薄膜。薄膜的厚度范围从几个原子或分子到几百个。磁铁有助于加速薄膜的生长,因为对原子进行磁化有助于增加目标材料电离的百分比。电离原子更容易与薄膜工艺中涉及的其他粒子相互作用,因此更有可能在基底上沉积。这提高了薄膜工艺的效率,使它们能够在较低的压力下更快地生长。
磁控溅射的工艺研究:1、磁场。用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上保持一致,而且磁场强度应当合适。磁场不均匀就会产生不均匀的膜层。磁场强度如果不适当,那么即使磁场强度一致也会导致膜层沉积速率低下,而且可能在螺栓头处发生溅射。这就会使膜层受到污染。如果磁场强度过高,可能在开始的时候沉积速率会非常高,但是由于刻蚀区的关系,这个速率会迅速下降到一个非常低的水平。同样,这个刻蚀区也会造成靶的利用率比较低。2、可变参数。在溅射过程中,通过改变改变这些参数可以进行工艺的动态控制。这些可变参数包括:功率、速度、气体的种类和压强。在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和阳极,就构成直流三极溅射。
磁控溅射靶材的原理如下:在被溅射的靶极与阳极之间加一个正交磁场和电场,在高真空室中充入所需要的惰性气体,永久磁铁在靶材料表面形成250~350高斯的磁场,同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下,Ar气电离成正离子和电子,靶上加有一定的负高压,从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大,在阴极附近形成高密度的等离子体,Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面,以很高的速度轰击靶面,使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种:直流溅射和射频溅射,其中直流溅射设备原理简单,在溅射金属时,其速率也快。而射频溅射的使用范围更为普遍,除可溅射导电材料外,也可溅射非导电的材料,同时还可进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射,如今,常用的有电子回旋共振型微波等离子体溅射。磁控溅射的优点如下:基板低温性。深圳智能磁控溅射平台
磁控溅射是物相沉积的一种。山东平衡磁控溅射镀膜
磁控溅射的工艺研究:1、功率。每一个阴极都具有自己的电源。根据阴极的尺寸和系统设计,功率可以在0~150KW之间变化。电源是一个恒流源。在功率控制模式下,功率固定同时监控电压,通过改变输出电流来维持恒定的功率。在电流控制模式下,固定并监控输出电流,这时可以调节电压。施加的功率越高,沉积速率就越大。2、速度。另一个变量是速度。对于单端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0~600英寸之间选择。对于双端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0~200英寸之间选择。在给定的溅射速率下,传动速度越低则表示沉积的膜层越厚。3、气体。较后一个变量是气体,可以在三种气体中选择两种作为主气体和辅气体来进行使用。山东平衡磁控溅射镀膜
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