PVD技術常用的方法:PVD基本方法:真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍,以下介紹幾種常用的方法。電子束蒸發(fā):電子束蒸發(fā)是利用聚焦成束的電子束來加熱蒸發(fā)源,使其蒸發(fā)并沉積在基片表面而形成薄膜。特征:真空環(huán)境;蒸發(fā)源材料需加熱熔化;基底材料也在較高溫度中;用磁場控制蒸發(fā)的氣體,從而控制生成鍍膜的厚度。濺射沉積:濺射是與氣體輝光放電相聯系的一種薄膜沉積技術。濺射的方法很多,有直流濺射、RF濺射和反應濺射等,而用得較多的是磁控濺射、中頻濺射、直流濺射、RF濺射和離子束濺射。中頻交流磁控濺射在單個陰極靶系統(tǒng)中,與脈沖磁控濺射有同樣的釋放電荷、防止打弧作用。深圳多層磁控濺射用途
磁控濺射的濺射技術:直流濺射法:直流濺射法要求靶材能夠將從離子轟擊過程中得到的正電荷傳遞給與其緊密接觸的陰極,從而該方法只能濺射導體材料。因為轟擊絕緣靶材時,表面的離子電荷無法中和,這將導致靶面電位升高,外加電壓幾乎都加在靶上,兩極間的離子加速與電離的機會將變小,甚至不能電離,導致不能連續(xù)放電甚至放電停止,濺射停止。故對于絕緣靶材或導電性很差的非金屬靶材,須用射頻濺射法。濺射過程中涉及到復雜的散射過程和多種能量傳遞過程:入射粒子與靶材原子發(fā)生彈性碰撞,入射粒子的一部分動能會傳給靶材原子;某些靶材原子的動能超過由其周圍存在的其它原子所形成的勢壘,從而從晶格點陣中被碰撞出來,產生離位原子;這些離位原子進一步和附近的原子依次反復碰撞,產生碰撞級聯;當這種碰撞級聯到達靶材表面時,如果靠近靶材表面的原子的動能大于表面結合能,這些原子就會從靶材表面脫離從而進入真空。湖南直流磁控濺射這提高了薄膜工藝的效率,使它們能夠在較低的壓力下更快地生長。
磁控濺射的材料性能:如果靶材是磁性材料,磁力線被靶材屏蔽,磁力線難以穿透靶材在靶材表面上方形成磁場,磁控的作用將大幅度降低。因此,濺射磁性材料時,一方面要求磁控靶的磁場要強一些,另一方面靶材也要制備的薄一些,以便磁力線能穿過靶材,在靶面上方產生磁控作用。磁控濺射設備一般根據所采用的電源的不同又可分為直流濺射和射頻濺射兩種。直流磁控濺射的特點是在陽極基片和陰極靶之間加一個直流電壓,陽離子在電場的作用下轟擊靶材,它的濺射速率一般都比較大。
真空磁控濺射涂層技術與真空蒸發(fā)涂層技術的區(qū)別:真空磁控濺射涂層技術不同于真空蒸發(fā)涂層技術。濺射是指荷能顆粒轟擊固體表面,使固體原子或分子從表面射出的現象。大多數粒子是原子狀態(tài),通常稱為濺射原子。用于轟擊目標的濺射顆粒可以是電子、離子或中性顆粒,因為離子很容易加速電場下所需的動能,所以大多數都使用離子作為轟擊顆粒。濺射過程是基于光放電,即濺射離子來自氣體放電。不同的濺射技術使用不同的光放電方法。直流二極濺射采用直流光放電,三極濺射采用熱陰極支撐光放電,射頻濺射采用射頻光放電,磁控濺射采用環(huán)磁場控制的光放電。真空磁控濺射涂層技術與真空蒸發(fā)涂層技術相比有許多優(yōu)點。如任何物質都能濺射,特別是高熔點和低蒸汽壓力的元素和化合物;濺射膜與基板附著力好;膜密度高;膜厚可控,重復性好。此外,蒸發(fā)法與濺射法相結合,即離子鍍。該方法具有附著力強、沉積率高、膜密度高等優(yōu)點。射頻濺射采用射頻光放電,磁控濺射采用環(huán)磁場控制的光放電。
磁控濺射的優(yōu)點:(1)基板有低溫性。相對于二級濺射和熱蒸發(fā)來說,磁控濺射加熱少。(2)有很高的沉積率??蔀R射鎢、鋁薄膜和反應濺射TiO2、ZrO2薄膜。(3)環(huán)保工藝。磁控濺射鍍膜法生產效率高,沒有環(huán)境污染。(4)涂層很好的牢固性,濺射薄膜與基板,機械強度得到了改善,更好的附著力。(5)操作容易控制。鍍膜過程,只要保持壓強、電功率濺射條件穩(wěn)定,就能獲得比較穩(wěn)定的沉積速率。(6)成膜均勻。濺射的薄膜密度普遍提高。(7)濺射的金屬膜通常能獲得良好的光學性能、電學性能及某些特殊性能。(8)濺射可連續(xù)工作,鍍膜過程容易自動控制,工業(yè)上流水線作業(yè)。磁鐵有助于加速薄膜的生長,因為對原子進行磁化有助于增加目標材料電離的百分比。湖北雙靶磁控濺射工藝
磁控濺射發(fā)展至今,除了上述一般濺射方法的優(yōu)點外,還實現了高速、低溫、低損傷。深圳多層磁控濺射用途
磁控濺射的種類:磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應用對象。但有一共同點:利用磁場與電場交互作用,使電子在靶表面附近成螺旋狀運行,從而增大電子撞擊氬氣產生離子的概率。所產生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。靶源分平衡式和非平衡式,平衡式靶源鍍膜均勻,非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結合力強。平衡靶源多用于半導體光學膜,非平衡多用于磨損裝飾膜。磁控陰極按照磁場位形分布不同,大致可分為平衡態(tài)磁控陰極和非平衡態(tài)磁控陰極。平衡態(tài)磁控陰極內外磁鋼的磁通量大致相等,兩極磁力線閉合于靶面,很好地將電子/等離子體約束在靶面附近,增加了碰撞幾率,提高了離化效率,因而在較低的工作氣壓和電壓下就能起輝并維持輝光放電,靶材利用率相對較高。但由于電子沿磁力線運動主要閉合于靶面,基片區(qū)域所受離子轟擊較小。非平衡磁控濺射技術,即讓磁控陰極外磁極磁通大于內磁極,兩極磁力線在靶面不完全閉合,部分磁力線可沿靶的邊緣延伸到基片區(qū)域,從而部分電子可以沿著磁力線擴展到基片,增加基片區(qū)域的等離子體密度和氣體電離率。深圳多層磁控濺射用途
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