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。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压,阳离子在电场的作用下轰击靶材,它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材,因为如果是绝缘体靶材,则由于阳粒子在靶表面积累,造成所谓的“靶中毒”,溅射率越来越低。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。上海双靶磁控溅射优点
磁控溅射镀膜常见领域应用:磁控溅射方法可用于制备多种材料,如金属、半导体、绝缘子等.它具有设备简单、易于控制、涂覆面积大、附着力强等优点.磁控溅射发展至今,除了上述一般溅射方法的优点外,还实现了高速、低温、低损伤。1、各种功能薄膜:如具有吸收、透射、反射、折射、偏振等功能。例如,在低温下沉积氮化硅减反射膜以提高太阳能电池的光电转换效率。2、微电子:可作为非热镀膜技术,主要用于化学气相沉积。3、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。4、一些不适合化学气相沉积的材料可以通过磁控溅射沉积,这种方法可以获得均匀的大面积薄膜。5、机械工业:如表面功能膜、超硬膜、自润滑膜等。这些膜能有效提高表面硬度、复合韧性、耐磨性和高温化学稳定性,从而大幅度提高产品的使用寿命。6、光领域:闭场非平衡磁控溅射技术也已应用于光学薄膜、低辐射玻璃和透明导电玻璃,特别是,透明导电玻璃普遍应用于平板显示器件、太阳能电池、微波和射频屏蔽器件和器件、传感器等。贵州真空磁控溅射工艺磁控溅射成为镀膜工业主要方法之一。
高能脉冲磁控溅射技术介绍及特点: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。力学所引进德国电源,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%。
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。用真空磁控溅射镀膜设备可在车窗玻璃镀涂二氧化钛,这个镀层可以赋予车窗自清洁效果。
磁控溅射靶材镀膜过程中,影响靶材镀膜沉积速率的因素:溅射电压:溅射电压对成膜速率的影响有这样一个规律:电压越高,溅射速率越快,而且这种影响在溅射沉积所需的能量范围内是缓和的、渐进的。在影响溅射系数的因素中,在溅射靶材和溅射气体之后,放电电压确实很重要。一般来说,在正常的磁控溅射过程中,放电电压越高,溅射系数越大,这意味着入射离子具有更高的能量。因此,固体靶材的原子更容易被溅射出并沉积在基板上形成薄膜。高速率磁控溅射本质特点是产生大量的溅射粒子,导致较高的沉积速率。山西金属磁控溅射用途
磁控溅射所利用的环状磁场迫使二次电子跳栏式地沿着环状磁场转圈。上海双靶磁控溅射优点
磁控溅射靶材的原理: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。上海双靶磁控溅射优点
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