真空磁控溅射为什么必须在真空环境？溅射过程是通过电能，使气体的离子轰击靶材，就像砖头砸土墙，土墙的部分原子溅射出来，落在所要镀膜的基体上的过程。如果气体太多，气体离子在运行到靶材的过程中，很容易跟路程中的其他气体离子或分子碰撞，这样就不能加速，也溅射不出靶材原子来。所以需要真空状态。而如果气体太少，气体分子不能成为离子，没有很多可以轰击靶材，所以也不行。只能选择中间值，有足够的气体离子可以轰击靶材，而在轰击过程中，不至于因为气体太多而相互碰撞致使失去太多的能量的气体量。所以必须在较为恒定的真空状态下。此状态根据气体分子直径和分子自由程计算。一般在0.2-0.5Pa之间。真空磁控溅射镀膜这种工艺可以沉积任何氧化物、碳化物以及氮化物材料的薄膜。浙江磁控溅射实验室
磁控溅射的种类：用磁控靶源溅射金属和合金很容易，点火和溅射很方便。这是因为靶，等离子体和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体，则回路断了。于是人们采用高频电源，回路中加入很强的电容，这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵，溅射速率很小，同时接地技术很复杂，因而难大规模采用。为解决此问题，发明了磁控反应溅射。就是用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。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。德国莱宝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。冷却是一切源所必需，因为能量很大一部分转为热量，若无冷却或冷却不足，这种热量将使靶源温度达一千度以上从而溶化整个靶源。浙江磁控溅射实验室高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。
反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜，并能实现单机年产上百万平方米镀膜的工业化生产。但是，直流反应溅射的反应气体会在靶表面非侵蚀区形成绝缘介质层，造成电荷积累放电，导致沉积速率降低和不稳定，进而影响薄膜的均匀性及重复性，甚至损坏靶和基片。为了解决这一问题，近年来发展了一系列稳定等离子体以控制沉积速率，提高薄膜均匀性和重复性的技术。(1)采用双靶中频电源解决反应磁控溅射过程中因阳极被绝缘介质膜覆盖而造成的等离子体不稳定现象，同时还解决了电荷积累放电的问题。(2)利用等离子发射谱监测等离子体中的金属粒子含量，调节反应气体流量使等离子体放电电压稳定，从而使沉积速率稳定。(3)使用圆柱形旋转靶减小绝缘介质膜的覆盖面积。(4)降低输入功率，并使用能够在放电时自动切断输出功率的智能电源抑制电弧。(5)反应过程与沉积过程分室进行，既能有效提高薄膜沉积速率，又能使反应气体与薄膜表面充分反应生成化合物薄膜。
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。磁控溅射是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子较终沿磁力线漂移到阴极附近而被吸收，避免高能电子对极板的强烈轰击，消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起的损伤，体现出磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。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。脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。
磁控溅射的优点：1、沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小；2、对于大部分材料，只要能制成靶材，就可以实现溅射；3、溅射所获得的薄膜与基片结合较好；4、溅射所获得的薄膜纯度高、致密度好、成膜均匀性好；5、溅射工艺可重复性好，可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜；6、能够控制镀层的厚度，同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小；7、不同的金属、合金、氧化物能够进行混合，同时溅射于基材上；8、易于实现工业化。磁控溅射主要用于在经予处理的塑料、陶瓷等制品表面蒸镀金属薄膜、七彩膜仿金膜等。江苏双靶磁控溅射仪器
磁铁有助于加速薄膜的生长，因为对原子进行磁化有助于增加目标材料电离的百分比。浙江磁控溅射实验室
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