智能磁控溅射实验室

高能脉冲磁控溅射技术介绍及特点：高能脉冲磁控溅射技术是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术。力学所引进德国电源，与等离子体淹没离子注入沉积方法相结合，形成一种新颖的成膜过程与质量调控技术，是可应用于大型矩形靶的离化率可控磁控溅射新技术，填补了国内在该方向的研究空白。将高能冲击磁控溅射与高压脉冲偏压技术复合，利用其高离化率和淹没性的特点，通过成膜过程中入射粒子能量与分布的有效操控，实现高膜基结合力、高质量、高均匀性薄膜的制备。同时结合全新的粒子能量与成膜过程反馈控制系统，开展高离化率等离子体发生、等离子体的时空演变及荷能粒子成膜物理过程控制等方面的研究与工程应用。其中心技术具有自主知识产权，已申请相关发明专利两项。该项技术对实现PVD沉积关键瓶颈问题的突破具有重大意义，有助于提升我国在表面工程加工领域的国际竞争力。如在交通领域，该技术用于汽车发动机三部件，可降低摩擦25%，减少油耗3%；机械加工领域，沉积先进镀层可使刀具寿命提高2～10倍，加工速度提高30-70%。真空磁控溅射涂层技术不同于真空蒸发涂层技术。智能磁控溅射实验室

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。四川单靶磁控溅射处理平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装饰膜。

非平衡磁控溅射的磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。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，或采用电磁线圈与永磁体混合结构，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。非平衡磁控溅射系统有两种结构，一种是其芯部磁场强度比外环高，磁力线没有闭合，被引向真空室壁，基体表面的等离子体密度低，因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度，磁力线没有完全形成闭合回路，部分外环的磁力线延伸到基体表面，使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域，同时再与中性粒子发生碰撞电离，等离子体不再被完全限制在靶材表面区域，而是能够到达基体表面，进一步增加镀膜区域的离子浓度，使衬底离子束流密度提高，通常可达5mA/cm2以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源，基体离子束流密度与靶材电流密度成正比，靶材电流密度提高，沉积速率提高，同时基体离子束流密度提高，对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。

磁控溅射的工艺研究：1、传动速度：玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。低传动速度使玻璃在阴极范围内经过的时间更长，这样就可以沉积出更厚的膜层。不过，为了保证膜层的均匀性，传动速度必须保持恒定。镀膜区内一般的传动速度范围为每分钟0~600英寸之间。根据镀膜材料、功率、阴极的数量以及膜层的种类的不同，通常的运行范围是每分钟90~400英寸之间。2、距离与速度及附着力：为了得到较大的沉积速率并提高膜层的附着力，在保证不会破坏辉光放电自身的前提下，基片应当尽可能放置在离阴极较近的地方。溅射粒子和气体分子的平均自由程也会在其中发挥作用。当增加基片与阴极之间的距离，碰撞的几率也会增加，这样溅射粒子到达基片时所具有的能力就会减少。所以，为了得到较大的沉积速率和较好的附着力，基片必须尽可能地放置在靠近阴极的位置上。真空室中装有辉光放电的阴极，靶材就装在此极表面上，接受离子轰击。

磁控溅射的工艺研究：1、气体环境：真空系统和工艺气体系统共同控制着气体环境。首先，真空泵将室体抽到一个高真空。然后，由工艺气体系统充入工艺气体，将气体压强降低到大约2X10-3torr。为了确保得到适当质量的同一膜层，工艺气体必须使用纯度为99.995%的高纯气体。在反应溅射中，在反应气体中混合少量的惰性气体可以提高溅射速率。2、气体压强：将气体压强降低到某一点可以提高离子的平均自由程、进而使更多的离子具有足够的能量去撞击阴极以便将粒子轰击出来，也就是提高溅射速率。超过该点之后，由于参与碰撞的分子过少则会导致离化量减少，使得溅射速率发生下降。如果气压过低，等离子体就会熄灭同时溅射停止。提高气体压强可提高离化率，但是也就降低了溅射原子的平均自由程，这也可以降低溅射速率。能够得到较大沉积速率的气体压强范围非常狭窄。如果进行的是反应溅射，由于它会不断消耗，所以为了维持均匀的沉积速率，必须按照适当的速度补充新的反应镀渡。不同的金属、合金、氧化物能够进行混合，同时溅射于基材上。智能磁控溅射实验室

基板有低温性，相对于二级溅射和热蒸发来说，磁控溅射加热少。智能磁控溅射实验室

磁控溅射法：磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气，在阴极和阳极之间施加几百K直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离。优势特点：较常用的制备磁性薄膜的方法是磁控溅射法。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。智能磁控溅射实验室