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磁控溅射镀膜机镀膜技术发展趋势

2020-07-08

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       磁控溅射镀膜技术具有沉积温度更低,可以实现高速,无缺陷陶瓷薄膜沉积等一系列典型优点.比如沉积氧化物薄膜时,传统上可以利用金属靶材,在适当可控氧气气氛中反应溅射沉积,或者射频(一般13156MHz)溅射氧化物靶材沉积。但是这2种方法均有局限性,射频溅射可以获得高质量薄膜,但沉积速率极低(μm/h级),系统复杂,难以实现商业应用.


磁控溅射真空镀膜机


       磁控溅射真空镀膜机镀膜技术具有沉积温度更低,可以实现高速、无缺陷陶瓷薄膜沉积等一系列典型优点。比如沉积氧化物薄膜时,传统上可以利用金属靶材、在适当可控氧气气氛中反应溅射沉积,或者射频(一般13156MHz)溅射氧化物靶材沉积。但是这2种方法均有局限性,射频溅射可以获得高质量薄膜,但沉积速率极低(μm/h级),系统复杂,难以实现商业应用。反应溅射过程中的问题是靶材中毒,反应溅射时,靶材表面非主要辉光区被绝缘沉积物覆盖,导致靶材绝缘,绝缘层电荷积累,直到发生电弧放电;电弧放电使得靶材成分以液滴形式蒸发,沉积在衬底表面时导致各种薄膜缺陷,如薄膜组织疏松、晶粒粗大、成分或结构偏析等,这对于薄膜的性能尤其是光学、耐腐蚀性能产生十分不利的影响。利用脉冲磁控溅射技术可以有效的抑制电弧产生进而消除由此产生的薄膜缺陷,同时可以极大的提高溅射沉积速率,达到沉积纯金属的速率即数10μm/h。脉冲溅射过程中,加在靶材上的脉冲电压与一般磁控溅射相同(400~500V),控制靶材上加电压进行放电的时间,保证靶材不中毒、出现电弧放电;然后断开靶电压甚至使得靶材带正电。因为等离子体中电子运动速度远高于离子速度,变换的靶材正电压一般只需要负偏压的10%~20%,即可以防止电弧放电(此类电源称为非对称双极直流电源)。
         有研究认为,当脉冲频率低于20kHz时,不能抑制电弧放电出现,在脉冲频率高于20kHz时,电弧放电可以完全被抑制,同时脉冲宽度(正负电压时间之比)具有关键作用,脉冲宽度达到1∶1时具有抑制效果;正电压大小对是否产生电弧放电没有明显影响,但是极大的影响沉积速率,正电压从10%提高到20%(与负电压之比),沉积速率可以提高50%。该效应被认为是高的正电压能够增强对靶材的清洗。利用PMS技术可以进行双极磁控溅射,2个磁控溅射靶分别做为正负极,工作过程中,一个靶进行溅射而另一个靶进行清洗,循环往复。该技术具有长时间(300h)稳定运行等诸多优点,在沉积用于建筑、汽车、聚合材料的光学薄膜方面具有重要用途。另一个近期发展是在衬底上加脉冲偏压。脉冲偏压能够大大提高衬底上的离子束流。在磁控溅射中,直流负偏压一般加到-100V时,衬底离子束流即达到饱和,提高负偏压不会增加衬底离子束流,一般认为该饱和电流为离子束流,电子无法接近衬底表面。使用脉冲偏压则不然,研究表明,脉冲偏压不仅能够提高衬底饱和电流,而且随着负偏压的增大,饱和电流增大;当脉冲频率提高时,该效应更加典型;该机制仍然不很清楚,可能与振荡电场产生的等离子体的离化率及电子温度较高这一效应有关。衬底脉冲负偏压为有效控制衬底电流密度提供了一种新的手段,该效应可以应用到优化膜层结构、附着力,以及缩短溅射清洗及衬底加热时间。随着机械、电源、控制等相关技术的进步,磁控溅射技术将得到进一步发展。如在近期,由于稀土磁铁的应用,过去靶材表面的磁场强度只有300~500Gs,现在已经提高到1kGs,使得磁控溅射的效率和能力进一步提高。 
        磁控溅射技术已经在我国的建材、装饰、光学、防腐蚀、工磨具强化等领域得到比较广的应用,利用磁控溅射技术进行光电、光热、磁学、超导、介质、催化等功能薄膜制备是当前研究的热点。但是,关于非平衡磁控溅射镀膜机镀膜技术尤其是新型沉积工艺,国内了解、研究的单位还很少,经过搜索发现,到目前为止只有不到20篇的相关中文科研文章,而作者单位数更少。防腐蚀、高硬度薄膜在提高石油机械的性能、寿命等方面能够发挥重要作用,低摩擦系数、润滑、防泥包、催化、光学等功能薄膜应用于石化行业时有望大幅度提高工作效率、产品品质以及环保、安全性等。伴随者新型磁控溅射技术及工艺的发展、应用,石油、化工行业对提高生产效率、环保、安全性等需求的增加,磁控溅射技术对石油、化工领域的重要性将不断增大。