湖北反應磁控濺射過程

直流濺射的結構原理：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(qū)，即負輝區(qū)該區(qū)中的離子在直流電壓的加速下轟擊靶材即發(fā)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。濺射可連續(xù)工作，鍍膜過程容易自動控制，工業(yè)上流水線作業(yè)。湖北反應磁控濺射過程

磁控濺射又稱為高速低溫濺射。在磁場約束及增強下的等離子體中的工作氣體離子，在靶陰極電場的加速下，轟擊陰極材料，使材料表面的原子或分子飛離靶面，穿越等離子體區(qū)以后在基片表面淀積、遷移較終形成薄膜。與二極濺射相比較，磁控濺射的沉積速率高，基片升溫低，膜層質量好，可重復性好，便于產業(yè)化生產。它的發(fā)展引起了薄膜制備工藝的巨大變革。磁控濺射源在結構上必須具備兩個基本條件:(1)建立與電場垂直的磁場;(2)磁場方向與陰極表面平行，并組成環(huán)形磁場。深圳平衡磁控濺射步驟高能電子不斷與氣體分子發(fā)生碰撞并向后者轉移能量，使之電離而本身變成低能電子。

真空磁控濺射技術的特點：磁控濺射是由二極濺射基礎上發(fā)展而來，在靶材表面建立與電場正交磁場，解決了二極濺射沉積速率低，等離子體離化率低等問題，成為鍍膜工業(yè)主要方法之一。磁控濺射與其它鍍膜技術相比具有如下特點：可制備成靶的材料廣，幾乎所有金屬，合金和陶瓷材料都可以制成靶材；在適當條件下多元靶材共濺射方式，可沉積配比精確恒定的合金；在濺射的放電氣氛中加入氧、氮或其它活性氣體，可沉積形成靶材物質與氣體分子的化合物薄膜；通過精確地控制濺射鍍膜過程，容易獲得均勻的高精度的膜厚；通過離子濺射靶材料物質由固態(tài)直接轉變?yōu)榈入x子態(tài)，濺射靶的安裝不受限制，適合于大容積鍍膜室多靶布置設計；濺射鍍膜速度快，膜層致密，附著性好等特點，很適合于大批量，高效率工業(yè)生產。

磁控濺射的工藝研究：1、氣體環(huán)境：真空系統(tǒng)和工藝氣體系統(tǒng)共同控制著氣體環(huán)境。首先，真空泵將室體抽到一個高真空。然后，由工藝氣體系統(tǒng)充入工藝氣體，將氣體壓強降低到大約2X10-3torr。為了確保得到適當質量的同一膜層，工藝氣體必須使用純度為99.995%的高純氣體。在反應濺射中，在反應氣體中混合少量的惰性氣體可以提高濺射速率。2、氣體壓強：將氣體壓強降低到某一點可以提高離子的平均自由程、進而使更多的離子具有足夠的能量去撞擊陰極以便將粒子轟擊出來，也就是提高濺射速率。超過該點之后，由于參與碰撞的分子過少則會導致離化量減少，使得濺射速率發(fā)生下降。如果氣壓過低，等離子體就會熄滅同時濺射停止。提高氣體壓強可提高離化率，但是也就降低了濺射原子的平均自由程，這也可以降低濺射速率。能夠得到較大沉積速率的氣體壓強范圍非常狹窄。如果進行的是反應濺射，由于它會不斷消耗，所以為了維持均勻的沉積速率，必須按照適當?shù)乃俣妊a充新的反應鍍渡。磁控陰極按照磁場位形分布不同，大致可分為平衡態(tài)磁控陰極和非平衡態(tài)磁控陰極。

磁控濺射靶材的制備方法：磁控濺射靶材的制備技術方法按生產工藝可分為熔融鑄造法和粉末冶金法兩大類，在靶材的制備過程中，除嚴格控制材料的純度、致密度、晶粒度以及結晶取向之外，對熱處理工藝條件、后續(xù)成型加工過程亦需要加以嚴格的控制，以保證靶材的質量。1、熔融鑄造法：與粉末冶金法相比，熔融鑄造法生產的靶材產品雜質含量低，致密度高。2、粉末冶金法：通常，熔融鑄造法無法實現(xiàn)難熔金屬濺射靶材的制備，對于熔點和密度相差較大的兩種或兩種以上的金屬，采用普通的熔融鑄造法，一般也難以獲得成分均勻的合金靶材；對于無機非金屬靶材、復合靶材，熔融鑄造法更是無能為力，而粉末冶金法是解決制備上述靶材技術難題的較佳途徑。同時，粉末冶金工藝還具有容易獲得均勻細晶結構、節(jié)約原材料、生產效率高等優(yōu)點。磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下，飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其產生出Ar正離子。河南平衡磁控濺射設備

能夠控制鍍層的厚度，同時可通過改變參數(shù)條件控制組成薄膜的顆粒大小。湖北反應磁控濺射過程

反應磁控濺射適于制備大面積均勻薄膜，并能實現(xiàn)單機年產上百萬平方米鍍膜的工業(yè)化生產。但是，直流反應濺射的反應氣體會在靶表面非侵蝕區(qū)形成絕緣介質層，造成電荷積累放電，導致沉積速率降低和不穩(wěn)定，進而影響薄膜的均勻性及重復性，甚至損壞靶和基片。為了解決這一問題，近年來發(fā)展了一系列穩(wěn)定等離子體以控制沉積速率，提高薄膜均勻性和重復性的技術。(1)采用雙靶中頻電源解決反應磁控濺射過程中因陽極被絕緣介質膜覆蓋而造成的等離子體不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時還解決了電荷積累放電的問題。(2)利用等離子發(fā)射譜監(jiān)測等離子體中的金屬粒子含量，調節(jié)反應氣體流量使等離子體放電電壓穩(wěn)定，從而使沉積速率穩(wěn)定。(3)使用圓柱形旋轉靶減小絕緣介質膜的覆蓋面積。(4)降低輸入功率，并使用能夠在放電時自動切斷輸出功率的智能電源抑制電弧。(5)反應過程與沉積過程分室進行，既能有效提高薄膜沉積速率，又能使反應氣體與薄膜表面充分反應生成化合物薄膜。湖北反應磁控濺射過程