磁控溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面,使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。通常,利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成,基片作为阳极,真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体,在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电。电离出的氩离子轰击靶表面,使得靶原子溅出并沉积在基片上,形成薄膜。溅射方法很多,主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应溅射等。随着工业的需求和表面技术的发展,新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为磁控溅射领域新的发展趋势。黑龙江高温磁控溅射
磁控溅射包括很多种类,各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。磁控反应溅射绝缘体看似容易,而实际操作困难。主要问题是反应不光发生在零件表面,也发生在阳极,真空腔体表面以及靶源表面,从而引起灭火,靶源和工件表面起弧等。国外发明的孪生靶源技术,很好的解决了这个问题。其原理是一对靶源互相为阴阳极,从而消除阳极表面氧化或氮化。多层磁控溅射设备磁控溅射的优点:基板有低温性。相对于二级溅射和热蒸发来说,磁控溅射加热少。
非平衡磁控溅射离子轰击在镀膜前可以起到清洗工件的氧化层和其他杂质,活化工件表面的作用,同时在工件表面上形成伪扩散层,有助于提高膜层与工件表面之间的结合力。在镀膜过程中,载能的带电粒子轰击作用可达到膜层的改性目的。比如,离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子,切断膜层结晶态或凝聚态的优势生长,从而生更致密,结合力更强,更均匀的膜层,并可以较低的温度下镀出性能优良的镀层。非平衡磁控溅射技术的运用,使平衡磁控溅射遇到的沉积致密、成分复杂薄膜的问题得以解决。
脉冲磁控溅射的分类:(1)单向脉冲:单向脉冲正电压段的电压为零!溅射发生在负电压段。由于零电压段靶表面电荷中和效果不明显。(2)、双向脉冲:双向脉冲在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段,在负电压段,电源工作于靶材的溅射,正电压段,引入电子中和靶面累积的正电荷,并使表面清洁,裸露出金属表面。双向脉冲更多地用于双靶闭合式非平衡磁控溅射系统,系统中的两个磁控靶连接在同一脉冲电源上,两个靶交替充当阴极和阳极。阴极靶在溅射的同时,阳极靶完成表面清洁,如此周期性地变换磁控靶极性,就产生了“自清洁”效应。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、附着力强等优点。
磁控溅射镀膜的产品特点:1、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.相应地,环状磁场控制的区域是等离子体密度较高的部位.在磁控溅射时,可以看见溅射气体——氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光,形成一个光环.处于光环下的靶材是被离子轰击较严重的部位,会溅射出一条环状的沟槽.环状磁场是电子运动的轨道,环状的辉光和沟槽将其形象地表现了出来.磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材,就会导致整块靶材报废,所以靶材的利用率不高,一般低于40%;2、等离子体不稳定。在各种溅射镀膜技术中,磁控溅射技术是较重要的技术之一。上海智能磁控溅射仪器
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真空磁控溅射技术的特点:磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来,在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题,成为镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料广,几乎所有金属,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积配比精确恒定的合金;在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体,可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜;通过精确地控制溅射镀膜过程,容易获得均匀的高精度的膜厚;通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态,溅射靶的安装不受限制,适合于大容积镀膜室多靶布置设计;溅射镀膜速度快,膜层致密,附着性好等特点,很适合于大批量,高效率工业生产。黑龙江高温磁控溅射
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