山东非金属磁控溅射方案

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。靶源分平衡式和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。山东非金属磁控溅射方案

磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长。磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气，在阴极（柱状靶或平面靶）和阳极（镀膜室壁）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。浙江双靶材磁控溅射方案磁控溅射又称为高速低温溅射。

磁控溅射的种类：磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点：利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。靶源分平衡式和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装饰膜。磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态磁控阴极和非平衡态磁控阴极。平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加了碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高。但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受离子轰击较小。非平衡磁控溅射技术，即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片区域的等离子体密度和气体电离率。

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。玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。

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（RF）。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。空磁控溅射技术是指一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱，使E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移。磁控溅射流程

脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。山东非金属磁控溅射方案

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%。山东非金属磁控溅射方案

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