海南智能磁控溅射实验室

磁控溅射的溅射技术：直流溅射法：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。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，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，这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。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。海南智能磁控溅射实验室

磁控溅射的工艺研究：1、功率：每一个阴极都具有自己的电源。根据阴极的尺寸和系统设计，功率可以在0~150KW之间变化。电源是一个恒流源。在功率控制模式下，功率固定同时监控电压，通过改变输出电流来维持恒定的功率。在电流控制模式下，固定并监控输出电流，这时可以调节电压。施加的功率越高，沉积速率就越大。2、速度：另一个变量是速度。对于单端镀膜机，镀膜区的传动速度可以在每分钟0~600英寸之间选择。对于双端镀膜机，镀膜区的传动速度可以在每分钟0~200英寸之间选择。在给定的溅射速率下，传动速度越低则表示沉积的膜层越厚。3、气体：较后一个变量是气体，可以在三种气体中选择两种作为主气体和辅气体来进行使用。海南智能磁控溅射实验室磁控溅射具有设备简单、易于控制、涂覆面积大、附着力强等优点。

PVD技术常用的方法：PVD基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀，以下介绍几种常用的方法。电子束蒸发：电子束蒸发是利用聚焦成束的电子束来加热蒸发源，使其蒸发并沉积在基片表面而形成薄膜。特征：真空环境；蒸发源材料需加热熔化；基底材料也在较高温度中；用磁场控制蒸发的气体，从而控制生成镀膜的厚度。溅射沉积：溅射是与气体辉光放电相联系的一种薄膜沉积技术。溅射的方法很多，有直流溅射、RF溅射和反应溅射等，而用得较多的是磁控溅射、中频溅射、直流溅射、RF溅射和离子束溅射。

磁控溅射镀膜是现代工业中不可缺少的技术之一，磁控溅射镀膜技术正普遍应用于透明导电膜、光学膜、超硬膜、抗腐蚀膜、磁性膜、增透膜、减反膜以及各种装饰膜，在**和国民经济生产中的作用和地位日益强大。镀膜工艺中的薄膜厚度均匀性，沉积速率，靶材利用率等方面的问题是实际生产中十分关注的。解决这些实际问题的方法是对涉及溅射沉积过程的全部因素进行整体的优化设计，建立一个溅射镀膜的综合设计系统。薄膜厚度均匀性是检验溅射沉积过程的较重要参数之一，因此对膜厚均匀性综合设计的研究具有重要的理论和应用价值。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。

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。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。海南智能磁控溅射实验室

磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。海南智能磁控溅射实验室

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。海南智能磁控溅射实验室

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