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。用真空磁控溅射镀膜设备可在车窗玻璃镀涂二氧化钛,这个镀层可以赋予车窗自清洁效果。福建单靶磁控溅射流程
真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术的区别:真空磁控溅射涂层技术不同于真空蒸发涂层技术。溅射是指荷能颗粒轰击固体表面,使固体原子或分子从表面射出的现象。大多数粒子是原子状态,通常称为溅射原子。用于轰击目标的溅射颗粒可以是电子、离子或中性颗粒,因为离子很容易加速电场下所需的动能,所以大多数都使用离子作为轰击颗粒。溅射过程是基于光放电,即溅射离子来自气体放电。不同的溅射技术使用不同的光放电方法。直流二极溅射采用直流光放电,三极溅射采用热阴极支撑光放电,射频溅射采用射频光放电,磁控溅射采用环磁场控制的光放电。真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术相比有许多优点。如任何物质都能溅射,特别是高熔点和低蒸汽压力的元素和化合物;溅射膜与基板附着力好;膜密度高;膜厚可控,重复性好。此外,蒸发法与溅射法相结合,即离子镀。该方法具有附着力强、沉积率高、膜密度高等优点。北京真空磁控溅射磁控溅射靶材的分类:根据材料的成分不同,靶材可分为金属靶材、合金靶材、无机非金属靶材等。
磁控溅射的工艺研究:溅射变量:电压和功率:在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压,电路中等离子体的阻抗会随之改变,引起气体中的电流发生变化。改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子,这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速率。一般来说,提高电压可以提高离化率。这样电流会增加,所以会引起阻抗的下降。提高电压时,阻抗的降低会大幅度地提高电流,即大幅度提高了功率。如果气体压强不变,溅射源下的基片的移动速度也是恒定的,那么沉积到基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围内,功率的提高与溅射速率的提高是一种线性的关系。
磁控溅射的溅射技术:直流磁控溅射技术:为了解决阴极溅射的缺陷,人们在20世纪70年发出了直流磁控溅射技术,它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的弱点,因而获得了迅速发展和普遍应用。其原理是:在磁控溅射中,由于运动电子在磁场中受到洛仑兹力,它们的运动轨迹会发生弯曲甚至产生螺旋运动,其运动路径变长,因而增加了与工作气体分子碰撞的次数,使等离子体密度增大,从而磁控溅射速率得到很大的提高,而且可以在较低的溅射电压和气压下工作,降低薄膜污染的倾向;另一方面也提高了入射到衬底表面的原子的能量,因而可以在很大程度上改善薄膜的质量。同时,经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时,已变成低能电子,从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速、“低温”的优点。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。
特殊溅射沉积技术:反应溅射参数与生成物性能的关系:在纯Ar状态下溅射沉积的时纯铝膜,当氮气被引入真空室后,靶面发生变化,随氮气的量不断上升,填充因子下降,膜内AlN含量上升,膜的介质性提高,方块电阻增加,当氮气达到某一值时,沉积膜就是纯的AlN。同时电流不变的条件下,电压下降,沉积速率降低。根据膜的导电性的高低可定性的将反应溅射过程分为两种模式--金属模式和化合物模式,介乎两者之间是过渡区。一般认为膜的方块电阻在1000之下是金属模式,大于几M为化合物模式。由于反应气体量的增加,靶面上会形成一层化合物,薄膜成分变化的同时沉积速率下降当气体量按原来增加量减少时,放电曲线及沉积速率都出现滞后现象。真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术相比有许多优点。天津金属磁控溅射特点
磁控溅射目前是一种应用十分普遍的薄膜沉积技术。福建单靶磁控溅射流程
高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片,导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上,引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走,薄膜的较大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环,还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%~30%,因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。福建单靶磁控溅射流程
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