磁控溅射又称为高速低温溅射,在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子,在靶阴极电场的加速下,轰击阴极材料,使材料表面的原子或分子飞离靶面,穿越等离子体区以后在基片表面淀积、迁移较终形成薄膜。与二极溅射相比较,磁控溅射的沉积速率高,基片升温低,膜层质量好,可重复性好,便于产业化生产。它的发展引起了薄膜制备工艺的巨大变革。磁控溅射源在结构上必须具备两个基本条件:(1)建立与电场垂直的磁场;(2)磁场方向与阴极表面平行,并组成环形磁场。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。广州单靶磁控溅射原理
磁控直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料,不适于绝缘材料。因为轰击绝缘靶材时,表面的离子电荷无法中和,这将导致靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离的机会将变小,甚至不能电离,导致不能连续放电甚至放电停止,溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材,须用射频溅射法。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程:入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞,入射粒子的一部分动能会传给靶材原子;某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒(对于金属是5-10eV),从而从晶格点阵中被碰撞出来,产生离位原子;这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞,产生碰撞级联;当这种碰撞级联到达靶材表面时,如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能(对于金属是1-6eV),这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。吉林智能磁控溅射过程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。
磁控溅射设备的主要用途有哪些呢?1、被应用于装饰领域,被制成全反射及半透明膜,比如我们常用常换常买的手机壳,没想到吧;2、被应用于机械加工行业中提高涂层产品的寿命寿命。因为溅射磁控镀膜能够有效提高表面硬度、韧性、耐磨抗损以及耐化学侵蚀、耐高温,从而达到提高产品寿命的作用;3、被应用于微电子领域。在微电子领域作为一种非热式镀膜技术,主要应用在化学气相沉积(CVD)或金属有机;4、被应用于在高温超导薄膜、铁电体薄膜、薄膜发光材料、太阳能电池等方面的研究,发挥了非常重大且重要的作用。
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。PVD镀膜技术主要分为三类:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。
磁控溅射靶材的制备技术方法按生产工艺可分为熔融铸造法和粉末冶金法两大类,在靶材的制备过程中,除严格控制材料的纯度、致密度、晶粒度以及结晶取向之外,对热处理工艺条件、后续成型加工过程亦需要加以严格的控制,以保证靶材的质量。磁控溅射靶材的制备方法:1、熔融铸造法。与粉末冶金法相比,熔融铸造法生产的靶材产品杂质含量低,致密度高。2、粉末冶金法。通常,熔融铸造法无法实现难熔金属溅射靶材的制备,对于熔点和密度相差较大的两种或两种以上的金属,采用普通的熔融铸造法,一般也难以获得成分均匀的合金靶材;对于无机非金属靶材、复合靶材,熔融铸造法更是无能为力,而粉末冶金法是解决制备上述靶材技术难题的较佳途径。同时,粉末冶金工艺还具有容易获得均匀细晶结构、节约原材料、生产效率高等优点。这提高了薄膜工艺的效率,使它们能够在较低的压力下更快地生长。河北平衡磁控溅射优点
磁控溅射靶的非平衡磁场不只有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得,也有由两组电磁线圈产生。广州单靶磁控溅射原理
反应磁控溅射是以金属、合金、低价金属化合物或半导体材料作为靶阴极,在溅射过程中或在基片表面沉积成膜过程中与气体粒子反应生成化合物薄膜,这就是反应磁控溅射。反应磁控溅射普遍应用于化合物薄膜的大批量生产,这是因为:1、反应磁控溅射所用的靶材料和反应气体纯度很高,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。2、通过调节反应磁控溅射中的工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜,通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性。3、反应磁控溅射沉积过程中基板升温较小,而且制膜过程中通常也不要求对基板进行高温加热,因此对基板材料的限制较少。4、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。广州单靶磁控溅射原理