江西高質(zhì)量磁控濺射流程
更新時間:2025-08-13 點擊次數(shù):49
磁控濺射的基本原理是利用Ar一O2混合氣體中的等離子體在電場和交變磁場的作用下,被加速的高能粒子轟擊靶材表面,能量交換后,靶材表面的原子脫離原晶格而逸出,轉(zhuǎn)移到基體表面而成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高,基片溫度低,膜的粘附性好,可實現(xiàn)大面積鍍膜。該技術(shù)可以分為直流磁控濺射法和射頻磁控濺射法。磁控濺射是70年代迅速發(fā)展起來的一種“高速低溫濺射技術(shù)”。磁控濺射是在陰極靶的表面上方形成一個正交電磁場。當濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位降區(qū)內(nèi)被加速為高能電子后,并不直接飛向陽極,而是在正交電磁場作用下作來回振蕩的近似擺線的運動。高能電子不斷與氣體分子發(fā)生碰撞并向后者轉(zhuǎn)移能量,使之電離而本身變成低能電子。這些低能電子較終沿磁力線漂移到陰極附近而被吸收,避免高能電子對極板的強烈轟擊,消除了二極濺射中極板被轟擊加熱和被電子輻照引起的損傷,體現(xiàn)出磁控濺射中極板“低溫”的特點。由于外加磁場的存在,電子的復(fù)雜運動增加了電離率,實現(xiàn)了高速濺射。磁控濺射的技術(shù)特點是要在陰極靶面附件產(chǎn)生與電場方向垂直的磁場,一般采用永久磁鐵實現(xiàn)。高能電子不斷與氣體分子發(fā)生碰撞并向后者轉(zhuǎn)移能量,使之電離而本身變成低能電子。江西高質(zhì)量磁控濺射流程
非平衡磁控濺射的磁場有邊緣強,也有中部強,導致濺射靶表面磁場的“非平衡”。磁控濺射靶的非平衡磁場不只有通過改變內(nèi)外磁體的大小和強度的永磁體獲得,也有由兩組電磁線圈產(chǎn)生,或采用電磁線圈與永磁體混合結(jié)構(gòu),還有在陰極和基體之間增加附加的螺線管,用來改變陰極和基體之間的磁場,并以它來控制沉積過程中離子和原子的比例。非平衡磁控濺射系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu),一種是其芯部磁場強度比外環(huán)高,磁力線沒有閉合,被引向真空室壁,基體表面的等離子體密度低,因此該方式很少被采用。另一種是外環(huán)磁場強度高于芯部磁場強度,磁力線沒有完全形成閉合回路,部分外環(huán)的磁力線延伸到基體表面,使得部分二次電子能夠沿著磁力線逃逸出靶材表面區(qū)域,同時再與中性粒子發(fā)生碰撞電離,等離子體不再被完全限制在靶材表面區(qū)域,而是能夠到達基體表面,進一步增加鍍膜區(qū)域的離子濃度,使襯底離子束流密度提高,通??蛇_5mA/cm2以上。這樣濺射源同時又是轟擊基體表面的離子源,基體離子束流密度與靶材電流密度成正比,靶材電流密度提高,沉積速率提高,同時基體離子束流密度提高,對沉積膜層表面起到一定的轟擊作用。江西高質(zhì)量磁控濺射流程磁控濺射方法可用于制備多種材料,如金屬、半導體、絕緣子等。
磁控直流濺射法要求靶材能夠?qū)碾x子轟擊過程中得到的正電荷傳遞給與其緊密接觸的陰極,從而該方法只能濺射導體材料,不適于絕緣材料。因為轟擊絕緣靶材時,表面的離子電荷無法中和,這將導致靶面電位升高,外加電壓幾乎都加在靶上,兩極間的離子加速與電離的機會將變小,甚至不能電離,導致不能連續(xù)放電甚至放電停止,濺射停止。故對于絕緣靶材或?qū)щ娦院懿畹姆墙饘侔胁模氂蒙漕l濺射法(RF)。濺射過程中涉及到復(fù)雜的散射過程和多種能量傳遞過程:入射粒子與靶材原子發(fā)生彈性碰撞,入射粒子的一部分動能會傳給靶材原子;某些靶材原子的動能超過由其周圍存在的其它原子所形成的勢壘(對于金屬是5-10eV),從而從晶格點陣中被碰撞出來,產(chǎn)生離位原子;這些離位原子進一步和附近的原子依次反復(fù)碰撞,產(chǎn)生碰撞級聯(lián);當這種碰撞級聯(lián)到達靶材表面時,如果靠近靶材表面的原子的動能大于表面結(jié)合能(對于金屬是1-6eV),這些原子就會從靶材表面脫離從而進入真空。
磁控濺射鍍膜是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的技術(shù)之一,磁控濺射鍍膜技術(shù)正普遍應(yīng)用于透明導電膜、光學膜、超硬膜、抗腐蝕膜、磁性膜、增透膜、減反膜以及各種裝飾膜,在**和國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的作用和地位日益強大。鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性,沉積速率,靶材利用率等方面的問題是實際生產(chǎn)中十分關(guān)注的。解決這些實際問題的方法是對涉及濺射沉積過程的全部因素進行整體的優(yōu)化設(shè)計,建立一個濺射鍍膜的綜合設(shè)計系統(tǒng)。薄膜厚度均勻性是檢驗濺射沉積過程的較重要參數(shù)之一,因此對膜厚均勻性綜合設(shè)計的研究具有重要的理論和應(yīng)用價值。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料,且具有設(shè)備簡單、易于控制、附著力強等優(yōu)點。
磁控濺射的優(yōu)點:(1)基板有低溫性。相對于二級濺射和熱蒸發(fā)來說,磁控濺射加熱少。(2)有很高的沉積率??蔀R射鎢、鋁薄膜和反應(yīng)濺射TiO2、ZrO2薄膜(3)環(huán)保工藝。磁控濺射鍍膜法生產(chǎn)效率高,沒有環(huán)境污染。(4)涂層很好的牢固性,濺射薄膜與基板,機械強度得到了改善,更好的附著力。(5)操作容易控制。鍍膜過程,只要保持壓強、電功率濺射條件穩(wěn)定,就能獲得比較穩(wěn)定的沉積速率。(6)成膜均勻。濺射的薄膜密度普遍提高。(7)濺射的金屬膜通常能獲得良好的光學性能、電學性能及某些特殊性能。(8)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)。磁控濺射就是在外加電場的兩極之間引入一個磁場。江西高質(zhì)量磁控濺射流程
磁控濺射是物理中氣相沉積的一種。江西高質(zhì)量磁控濺射流程
脈沖磁控濺射的分類:(1)單向脈沖:單向脈沖正電壓段的電壓為零!濺射發(fā)生在負電壓段。由于零電壓段靶表面電荷中和效果不明顯。(2)、雙向脈沖:雙向脈沖在一個周期內(nèi)存在正電壓和負電壓兩個階段,在負電壓段,電源工作于靶材的濺射,正電壓段,引入電子中和靶面累積的正電荷,并使表面清潔,裸露出金屬表面。雙向脈沖更多地用于雙靶閉合式非平衡磁控濺射系統(tǒng),系統(tǒng)中的兩個磁控靶連接在同一脈沖電源上,兩個靶交替充當陰極和陽極。陰極靶在濺射的同時,陽極靶完成表面清潔,如此周期性地變換磁控靶極性,就產(chǎn)生了“自清潔”效應(yīng)。江西高質(zhì)量磁控濺射流程
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