磁控溅射的基本原理是利用Ar一O2混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下,被加速的高能粒子轰击靶材表面,能量交换后,靶材表面的原子脱离原晶格而逸出,转移到基体表面而成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高,基片温度低,膜的粘附性好,可实现大面积镀膜。该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。磁控溅射是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后,并不直接飞向阳极,而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量,使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子较终沿磁力线漂移到阴极附近而被吸收,避免高能电子对极板的强烈轰击,消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起的损伤,体现出磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在,电子的复杂运动增加了电离率,实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场,一般采用永久磁铁实现。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。云南金属磁控溅射流程
交流磁控溅射和直流溅射的区别:交流磁控溅射和直流溅射相比交流磁控溅射采用交流电源代替直流电源,解决了靶面的异常放电现象。交流溅射时,靶对真空室壁不是恒定的负电压,而是周期一定的交流脉冲电压。设脉冲电压的周期为T,在负脉冲T—△T时间间隔内,靶面处于放电状态,这一阶段和直流磁控溅射相似;靶面上的绝缘层不断积累正电荷,绝缘层上的场强逐步增大;当场强增大至一定限度后靶电位骤降为零甚至反向,即靶电位处于正脉冲△T阶段。在△T时间内,放电等离子体中的负电荷─电子向靶面迁移并中和了绝缘层表面所带的正电荷,使绝缘层内场强恢复为零,从而消除了靶面异常放电的可能性。云南金属磁控溅射流程PVD镀膜技术主要分为三类:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。
磁控溅射技术发展过程中各项技术的突破一般集中在等离子体的产生以及对等离子体进行的控制等方面。通过对电磁场、温度场和空间不同种类粒子分布参数的控制,使膜层质量和属性满足各行业的要求。膜厚均匀性与磁控溅射靶的工作状态息息相关,如靶的刻蚀状态,靶的电磁场设汁等,因此,为保证膜厚均匀性,国外的薄膜制备公司或镀膜设备制造公司都有各自的关于镀膜设备(包括中心部件“靶”)的整套设计方案。同时,还有很多专门从事靶的分析、设计和制造的公司,并开发相关的应用设计软件,根据客户的要求对设备进行优化设计。国内在镀膜设备的分析及设计方面与国际先进水平之间还存在较大差距。
真空磁控溅射的分类:平面磁控溅射:平衡平面溅射是较常用的平面靶磁控溅射,磁力线有闭合回路且与阴极平行,即在阴极表面构成一个正交的电磁场环形区域。等离子体被束缚在靶表面距离靶面大约60cm的区域,通常在基片上加负偏压来改善膜与基体的结合能力;非平衡平面磁控溅射为了将等离子区域扩展,利用磁体摆放方式的调整,可以方便的获得不同的非平衡磁控源。圆柱磁控溅射沉积技术:利用圆柱形磁控阴极实现溅射的技术磁控源是关键部分,阴极在中心位置的叫磁控源;阳极在中心位置的叫反磁控源。磁控溅射法实现了高速、低温、低损伤。
相较于蒸发镀膜,真空磁控溅射镀膜的膜更均匀,那么真空蒸发镀膜所镀出来的膜厚度在中心位置一般会薄一点。因此,由于我们无法控制真空蒸发镀膜的膜层的厚度,而真空磁控溅射镀膜的过程中可通过控制时间长短来控制镀层厚度,所以蒸镀真空镀膜不适应企业大规模的生产。反之,溅射镀膜在这方面就比较有优势了。那么相对于蒸发镀膜来说,真空磁控溅射镀膜除了膜厚均匀与可控灵活的优势之外,还有这些特点:磁控溅射镀的膜层的纯度高,因此致密性好;膜层物料灵活,薄膜可以由大多数材料构成,包括常见的合金、化合物之类的;溅射镀膜的沉积速率较低,整体设备相对复杂一些;真空溅射薄膜与作用基底之间的粘合、附着力很好。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。云南共溅射磁控溅射
磁控溅射镀膜的适用范围:在铝合金制品装饰中的应用。云南金属磁控溅射流程
磁控溅射的溅射技术: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。云南金属磁控溅射流程
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