云南磁控濺射工藝

來源: 發(fā)布時間:2022-09-23

磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下,在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞,使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子;新電子飛向基片,Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶,并以高能量轟擊靶表面,使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中,中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜,而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用,產(chǎn)生E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移,簡稱E×B漂移,其運動軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場,則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動,它們的運動路徑不只很長,而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi),并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar來轟擊靶材,從而實現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加,二次電子的能量消耗殆盡,逐漸遠離靶表面,并在電場E的作用下較終沉積在基片上。由于該電子的能量很低,傳遞給基片的能量很小,致使基片溫升較低。磁控濺射既降低濺射過程中的氣體壓力,也同時提高了濺射的效率和沉積速率。云南磁控濺射工藝

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物相沉積的基本特點:物相沉積技術(shù)工藝過程簡單,對環(huán)境改善,無污染,耗材少,成膜均勻致密,與基體的結(jié)合力強。該技術(shù)普遍應(yīng)用于航空航天、電子、光學(xué)、機械、建筑、輕工、冶金、材料等領(lǐng)域,可制備具有耐磨、耐腐蝕、裝飾、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、壓電、磁性、潤滑、超導(dǎo)等特性的膜層。隨著高科技及新興工業(yè)發(fā)展,物相沉積技術(shù)出現(xiàn)了不少新的先進的亮點,如多弧離子鍍與磁控濺射兼容技術(shù),大型矩形長弧靶和濺射靶,非平衡磁控濺射靶,孿生靶技術(shù),帶狀泡沫多弧沉積卷繞鍍層技術(shù),條狀纖維織物卷繞鍍層技術(shù)等,使用的鍍層成套設(shè)備,向計算機全自動,大型化工業(yè)規(guī)模方向發(fā)展。深圳直流磁控濺射步驟反應(yīng)磁控濺射沉積過程中基板升溫較小,而且制膜過程中通常也不要求對基板進行高溫加熱。

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真空磁控濺射技術(shù):真空磁控濺射技術(shù)是指一種利用陰極表面配合的磁場形成電子陷阱,使在E×B的作用下電子緊貼陰極表面飄移。設(shè)置一個與靶面電場正交的磁場,濺射時產(chǎn)生的快電子在正交的電磁場中作近似擺線運動,增加了電子行程,提高了氣體的離化率,同時高能量粒子與氣體碰撞后失去能量,基體溫度較低,在不耐溫材料上可以完成鍍膜。這種技術(shù)是玻璃膜技術(shù)中的較較好技術(shù),是由航天工業(yè)、兵器工業(yè)、和核工業(yè)三個方面相結(jié)合的較好技術(shù)的民用化,民用主要是通過這種技術(shù)達到節(jié)能、環(huán)保等作用。

高速率磁控濺射本質(zhì)特點是產(chǎn)生大量的濺射粒子,導(dǎo)致較高的沉積速率。實驗表明在較大的靶源密度在高速濺射,靶的濺射和局部蒸發(fā)同時發(fā)生,兩種過程的結(jié)合保證了較大的沉積速率(幾μm/min)并導(dǎo)致薄膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。與通常的磁控濺射比較,高速濺射和自濺射的特點在于較高的靶功率密度Wt=Pd/S>50Wcm-2,(Pd為磁控靶功率,S為靶表面積)。高速濺射有一定的限制,因此在特殊的環(huán)境才能保持高速濺射,如足夠高的靶源密度,靶材足夠的產(chǎn)額和濺射氣體壓力,并且要獲得較大氣體的離化率。較大限制高速沉積薄膜的是濺射靶的冷卻。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。

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磁控濺射設(shè)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(zhuǎn)換效率。(2)裝飾領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù),主要應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積或金屬有機。(4)化學(xué)氣相沉積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(xué)領(lǐng)域:中頻閉合場非平衡磁控濺射技術(shù)也已在光學(xué)薄膜、低輻射玻璃和透明導(dǎo)電玻璃等方面得到應(yīng)用。特別是透明導(dǎo)電玻璃普遍應(yīng)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(yè)中,表面功能膜、超硬膜,自潤滑薄膜的表面沉積技術(shù)自問世以來得到長足發(fā)展,能有效的提高表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性能,從而大幅度地提高涂層產(chǎn)品的使用壽命。磁控濺射除上述已被大量應(yīng)用的領(lǐng)域,還在高溫超導(dǎo)薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜研究方面發(fā)揮重要作用。磁控濺射主要用于在經(jīng)予處理的塑料、陶瓷等制品表面蒸鍍金屬薄膜、七彩膜仿金膜等。四川直流磁控濺射分類

玻璃基片在陰極下的移動是通過傳動來進行的。云南磁控濺射工藝

真空磁控濺射為什么必須在真空環(huán)境?濺射過程是通過電能,使氣體的離子轟擊靶材,就像磚頭砸土墻,土墻的部分原子濺射出來,落在所要鍍膜的基體上的過程。如果氣體太多,氣體離子在運行到靶材的過程中,很容易跟路程中的其他氣體離子或分子碰撞,這樣就不能加速,也濺射不出靶材原子來。所以需要真空狀態(tài)。而如果氣體太少,氣體分子不能成為離子,沒有很多可以轟擊靶材,所以也不行。只能選擇中間值,有足夠的氣體離子可以轟擊靶材,而在轟擊過程中,不至于因為氣體太多而相互碰撞致使失去太多的能量的氣體量。所以必須在較為恒定的真空狀態(tài)下。此狀態(tài)根據(jù)氣體分子直徑和分子自由程計算。一般在0.2-0.5Pa之間。云南磁控濺射工藝

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