濺射技術是指使得具有一定能量的粒子轟擊材料表面,使得固體材料表面的原子或分子分離,飛濺落于另一物體表面形成鍍膜的技術。被粒子轟擊的材料稱為靶材,而被鍍膜的固體材料稱為基片。首先由極板發射出粒子,這些粒子一般是電子,接著使它們在外電場加速下與惰性氣體分子一般是氬氣分子(即Ar原子)碰撞,使得其電離成Ar離子和二次電子。Ar離子會受到電場的作用,以高速轟擊靶材,使靶材表面原子或分子飛濺出去,落于基片表面沉積下來形成薄膜。反應磁控濺射所用的靶材料和反應氣體純度很高,因而有利于制備高純度的化合物薄膜。四川平衡磁控濺射過程
磁控濺射是以磁場束縛和延長電子的運動路徑,改變電子的運動方向,提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。電子的歸宿不只是基片,真空室內壁及靶源陽極也是電子歸宿。但一般基片與真空室及陽極在同一電勢。磁場與電場的交互作用使單個電子軌跡呈三維螺旋狀,而不是只在靶面圓周運動。至于靶面圓周型的濺射輪廓,那是靶源磁場磁力線呈圓周形狀分布。磁力線分布方向不同會對成膜有很大關系。在EXBshift機理下工作的除磁控濺射外,還有多弧鍍靶源,離子源,等離子源等都在此原理下工作。所不同的是電場方向,電壓電流大小等因素。湖北脈沖磁控濺射特點直流磁控濺射法要求靶材能夠將從離子轟擊過程中得到的正電荷傳遞給與其緊密接觸的陰極。
磁控濺射設備的主要用途:1、各種功能性薄膜。如具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的薄膜。例如,低溫沉積氮化硅減反射膜,以提高太陽能電池的光電轉換效率。2、裝飾領域的應用,如各種全反射膜及半透明膜等,如手機外殼,鼠標等。3、在微電子領域作為一種非熱式鍍膜技術,主要應用在化學氣相沉積(CVD)或金屬有機。4、化學氣相沉積(CVD)生長困難及不適用的材料薄膜沉積,而且可以獲得大面積非常均勻的薄膜。5、在光學領域:中頻閉合場非平衡磁控濺射技術也已在光學薄膜(如增透膜)、低輻射玻璃和透明導電玻璃等方面得到應用。特別是透明導電玻璃普遍應用于平板顯示器件、太陽能電池、微波與射頻屏蔽裝置與器件、傳感器等。6、在機械加工行業中,表面功能膜、超硬膜,自潤滑薄膜的表面沉積技術自問世以來得到長足發展,能有效的提高表面硬度、復合韌性、耐磨損性和抗高溫化學穩定性能,從而大幅度地提高涂層產品的使用壽命。
磁控濺射靶材鍍膜過程中,影響靶材鍍膜沉積速率的因素:濺射電流。磁控靶的濺射電流與濺射靶材表面的離子電流成正比,因此也是影響濺射速率的重要因素。磁控濺射有一個普遍規律,即在較佳氣壓下沉積速度較快。因此,在不影響薄膜質量和滿足客戶要求的前提下,從濺射良率考慮氣體壓力的較佳值是合適的。改變濺射電流有兩種方法:改變工作電壓或改變工作氣體壓力。濺射功率:濺射功率對沉積速率的影響類似于濺射電壓。一般來說,提高磁控靶材的濺射功率可以提高成膜率。然而,這并不是一個普遍的規則。在磁控靶材的濺射電壓低,濺射電流大的情況下,雖然平均濺射功率不低,但離子不能被濺射,也不能沉積。前提是要求施加在磁控靶材上的濺射電壓足夠高,使工作氣體離子在陰極和陽極之間的電場中的能量足夠大于靶材的"濺射能量閾值"。磁控濺射靶材根據材料的成分不同,可分為金屬靶材、合金靶材、無機非金屬靶材等。
高速率磁控濺射的一個固有的性質是產生大量的濺射粒子而獲得高的薄膜沉積速率,高的沉積速率意味著高的粒子流飛向基片,導致沉積過程中大量粒子的能量被轉移到生長薄膜上,引起沉積溫度明顯增加。由于濺射離子的能量大約70%需要從陰極冷卻水中帶走,薄膜的較大濺射速率將受到濺射靶冷卻的限制。冷卻不但靠足夠的冷卻水循環,還要求良好的靶材導熱率及較薄膜的靶厚度。同時高速率磁控濺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決的一個問題。過濾陰極電弧配有高效的電磁過濾系統,可將弧源產生的等離子體中的宏觀大顆粒過濾掉。湖北脈沖磁控濺射特點
磁控濺射方法具有設備簡單、易于控制、涂覆面積大、附著力強等優點。四川平衡磁控濺射過程
直流濺射的結構原理如下:真空室中裝有輝光放電的陰極,靶材就裝在此極表面上,接受離子轟擊;安裝鍍膜基片或工件的樣品臺以及真空室接地,作為陽極。操作時將真空室抽至高真空后,通入氬氣,并使其真空度維持在1.0Pa左右,再加上2-3kV的直流電壓于兩電極之上,即可產生輝光放電。此時,在靶材附近形成高密度的等離子體區,即負輝區該區中的離子在直流電壓的加速下轟擊靶材即發生濺射效應。由靶材表面濺射出來的原子沉積在基片或工件上,形成鍍層。四川平衡磁控濺射過程
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