磁控溅射又称为高速低温溅射,在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子,在靶阴极电场的加速下,轰击阴极材料,使材料表面的原子或分子飞离靶面,穿越等离子体区以后在基片表面淀积、迁移较终形成薄膜。与二极溅射相比较,磁控溅射的沉积速率高,基片升温低,膜层质量好,可重复性好,便于产业化生产。它的发展引起了薄膜制备工艺的巨大变革。磁控溅射源在结构上必须具备两个基本条件:(1)建立与电场垂直的磁场;(2)磁场方向与阴极表面平行,并组成环形磁场。磁控溅射镀膜的应用领域:建材及民用工业中。北京双靶磁控溅射过程
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。安徽真空磁控溅射原理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。
磁控溅射是物理的气相沉积的一种,也是物理的气相沉积中技术较为成熟的。磁控溅射的工作原理是电子在电场的作用下,在飞向基材过程中与氩原子发生碰撞,电离出氩正离子和新的电子;新电子飞向基材,氩正离子在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射;在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基材上形成薄膜。磁控溅射技术制备的薄膜具有硬度高、强度大、耐磨性好、摩擦系数低、稳定性好等优点。磁控溅射镀膜工艺过程简单,对环境无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基材的结合力强。这种技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,是太阳选择性吸收涂层更理想的制备方法。
反应磁控溅射是以金属、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。4、反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。磁控溅射方法在装饰领域的应用:如各种全反射膜和半透明膜;比如手机壳、鼠标等。
高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率,高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片,导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上,引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走,薄膜的较大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环,还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%~30%,因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。磁控溅射适用于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。安徽真空磁控溅射原理
磁控溅射镀膜的应用领域:在不锈钢刀片涂层技术中的应用。北京双靶磁控溅射过程
磁控溅射技术有:直流磁控溅射技术。为了解决阴极溅射的缺陷,人们在20世纪70年发出了直流磁控溅射技术,它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的弱点,因而获得了迅速发展和普遍应用。其原理是:在磁控溅射中,由于运动电子在磁场中受到洛仑兹力,它们的运动轨迹会发生弯曲甚至产生螺旋运动,其运动路径变长,因而增加了与工作气体分子碰撞的次数,使等离子体密度增大,从而磁控溅射速率得到很大的提高,而且可以在较低的溅射电压和气压下工作,降低薄膜污染的倾向;另一方面也提高了入射到衬底表面的原子的能量,因而可以在很大程度上改善薄膜的质量。同时,经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时,已变成低能电子,从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速、“低温”的优点。北京双靶磁控溅射过程