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磁控溅射真空镀膜机沉积方式

2021-07-27

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       在磁控溅射真空镀膜机腔体真空中,高能粒子轰击材料表面,使其原子获得足够的能量而逸出表面,到达衬底凝结成膜的技术。与真发镀膜相比,溅射镀膜适用于所有(包括高熔点)材料,具有附着力强、成分可控、易于规模化生产等优点。


1.磁控溅射真空镀膜机二极溅射
     在靶材和衬底之间加上一个直流高压,极板间的气体(一般为Ar2)电离,高速带电离子轰击靶材表面的溅射镀膜技术。要保持自持放电,在两极板间距为数厘米的正常溅射间距下,放电气压一般高达10帕,这对溅射效率和薄膜质量都是不利的。因此,直流溅射多采用非自持放电,也就是加入热电子发射极和辅助阳极的四极溅射,可使溅射在10-1~10-2帕的低气压下进行。
优点:结构简单     
缺点:只能溅射导电性好的金属材料,溅射效率较低

2.磁控溅射真空镀膜机射频溅射
     采用射频电源代替直流电源,在靶和衬底间施加高频电压,溅射时,靶极会产生自偏压效应(即靶极会自动处于负电位状态),使绝缘靶的溅射得到维持。常用的频率约为13.56兆赫。

优点:可以溅射所有材料,包括导体和绝缘体,溅射效率高,可大规模生产
缺点:射频电源有一定的辐射问题

3.磁控溅射真空镀膜机磁控溅射
      磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下,在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向基片,Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场和磁场作用,产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移,简称E×B漂移,其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程,和靶原子碰撞,把部分动量传给靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量,离开靶被溅射出来。
优点:成膜速率高,基片温度低,膜的粘附性好,可实现大面积镀膜
缺点:靶材消耗不均匀,不能采用磁性材料的靶材

4.磁控溅射真空镀膜机反应溅射
      现代表面工程的发展越来越多地需要用到各种化合物薄膜,反应磁控溅射技术是沉积化合物薄膜的主要方式之一。沉积多元成分的化合物薄膜,可以使用化合物材料制作的靶材溅射沉积,也可以在溅射纯金属或合金靶材时,通入一定的反应气体,如氧气、氮气,反应沉积化合物薄膜,后者被称这反应溅射。通常纯金属靶和反应气体较容易获得很高的纯度,因而反应溅射被广泛的应用沉积化合物薄膜。
优点:
(1)反应 磁控溅射所用的靶材料 ( 单元素靶或多元素靶 ) 和反应气体 ( 氧、氮、碳氢化合物等 ) 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。
缺点:容易出现靶中毒,阳极消失等问题