真空磁控濺射技術(shù)的原理:濺射鍍膜的原理是稀薄氣體在異常輝光放電產(chǎn)生的等離子體在電場的作用下,對陰極靶材表面進(jìn)行轟擊,把靶材表面的分子、原子、離子及電子等濺射出來,被濺射出來的粒子帶有一定的動能,沿一定的方向射向基體表面,在基體表面形成鍍層。濺射鍍膜較初出現(xiàn)的是簡單的直流二極濺射,它的優(yōu)點是裝置簡單,但是直流二極濺射沉積速率低;為了保持自持放電,不能在低氣壓下進(jìn)行;在直流二極濺射裝置中增加一個熱陰極和陽極,就構(gòu)成直流三極濺射。增加的熱陰極和陽極產(chǎn)生的熱電子增強(qiáng)了濺射氣體原子的電離,這樣使濺射即使在低氣壓下也能進(jìn)行;另外,還可降低濺射電壓,使濺射在低氣壓,低電壓狀態(tài)下進(jìn)行;同時放電電流也增大,并可單獨控制,不受電壓影響。在熱陰極的前面增加一個電極,構(gòu)成四極濺射裝置,可使放電趨于穩(wěn)定。但是這些裝置難以獲得濃度較高的等離子體區(qū),沉積速度較低,因而未獲得普遍的工業(yè)應(yīng)用。有些鍍膜要用到射頻電源,如功率大,需做好屏蔽處理。貴州反應(yīng)磁控濺射方案
PVD技術(shù)特征:過濾陰極?。哼^濾陰極電弧配有高效的電磁過濾系統(tǒng),可將弧源產(chǎn)生的等離子體中的宏觀大顆粒過濾掉,因此制備的薄膜非常致密和平整光滑,具有抗腐蝕性能好,與機(jī)體的結(jié)合力很強(qiáng)。離子束:離子束加工是在真空條件下,先由電子槍產(chǎn)生電子束,再引入已抽成真空且充滿惰性氣體之電離室中,使低壓惰性氣體離子化。由負(fù)極引出陽離子又經(jīng)加速、集束等步驟,獲得具有一定速度的離子投射到材料表面,產(chǎn)生濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。由于離子帶正電荷,其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍,所以離子束比電子束具有更大的撞擊動能,是靠微觀的機(jī)械撞擊能量來加工的。貴州脈沖磁控濺射流程相應(yīng)的真空鍍膜設(shè)備包括真空蒸發(fā)鍍膜機(jī)、真空濺射鍍膜機(jī)和真空離子鍍膜機(jī)。
非平衡磁控濺射系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu),一種是其芯部磁場強(qiáng)度比外環(huán)高,磁力線沒有閉合,被引向真空室壁,基體表面的等離子體密度低,因此該方式很少被采用。另一種是外環(huán)磁場強(qiáng)度高于芯部磁場強(qiáng)度,磁力線沒有完全形成閉合回路,部分外環(huán)的磁力線延伸到基體表面,使得部分二次電子能夠沿著磁力線逃逸出靶材表面區(qū)域,同時再與中性粒子發(fā)生碰撞電離,等離子體不再被完全限制在靶材表面區(qū)域,而是能夠到達(dá)基體表面,進(jìn)一步增加鍍膜區(qū)域的離子濃度,使襯底離子束流密度提高,通??蛇_(dá)5mA/cm2以上。這樣濺射源同時又是轟擊基體表面的離子源,基體離子束流密度與靶材電流密度成正比,靶材電流密度提高,沉積速率提高,同時基體離子束流密度提高,對沉積膜層表面起到一定的轟擊作用。
反應(yīng)磁控濺射普遍應(yīng)用于化合物薄膜的大批量生產(chǎn),這是因為:(1)反應(yīng)磁控濺射所用的靶材料(單元素靶或多元素靶)和反應(yīng)氣體(氧、氮、碳?xì)浠衔锏?純度很高,因而有利于制備高純度的化合物薄膜。(2)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)磁控濺射中的工藝參數(shù),可以制備化學(xué)配比或非化學(xué)配比的化合物薄膜,通過調(diào)節(jié)薄膜的組成來調(diào)控薄膜特性。(3)反應(yīng)磁控濺射沉積過程中基板升溫較小,而且制膜過程中通常也不要求對基板進(jìn)行高溫加熱,因此對基板材料的限制較少。(4)反應(yīng)磁控濺射適于制備大面積均勻薄膜,并能實現(xiàn)單機(jī)年產(chǎn)上百萬平方米鍍膜的工業(yè)化生產(chǎn)。磁控濺射目前是一種應(yīng)用十分普遍的薄膜沉積技術(shù)。
磁控濺射的種類:用磁控靶源濺射金屬和合金很容易,點火和濺射很方便。這是因為靶,等離子體和被濺零件/真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體,則回路斷了。于是人們采用高頻電源,回路中加入很強(qiáng)的電容,這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。但高頻磁控濺射電源昂貴,濺射速率很小,同時接地技術(shù)很復(fù)雜,因而難大規(guī)模采用。為解決此問題,發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。就是用金屬靶,加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮氣或氧氣。當(dāng)金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化,與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易,而實際操作困難。主要問題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面,也發(fā)生在陽極,真空腔體表面以及靶源表面,從而引起滅火,靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù),很好的解決了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極,從而消除陽極表面氧化或氮化。冷卻是一切源所必需,因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量,若無冷卻或冷卻不足,這種熱量將使靶源溫度達(dá)一千度以上從而溶化整個靶源。不同的金屬、合金、氧化物能夠進(jìn)行混合,同時濺射于基材上。深圳磁控濺射特點
磁控濺射成為鍍膜工業(yè)主要方法之一。貴州反應(yīng)磁控濺射方案
磁控濺射技術(shù)得以普遍的應(yīng)用,是由該技術(shù)有別于其它鍍膜方法的特點所決定的。其特點可歸納為:可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料,包括各種金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質(zhì),尤其適合高熔點和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當(dāng)條件下多元靶材共濺射方式,可沉積所需組分的混合物、化合物薄膜;在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體,可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜;控制真空室中的氣壓、濺射功率,基本上可獲得穩(wěn)定的沉積速率,通過精確地控制濺射鍍膜時間,容易獲得均勻的高精度的膜厚,且重復(fù)性好;濺射粒子幾乎不受重力影響,靶材與基片位置可自由安排;基片與膜的附著強(qiáng)度是一般蒸鍍膜的10倍以上,且由于濺射粒子帶有高能量,在成膜面會繼續(xù)表面擴(kuò)散而得到硬且致密的薄膜,同時高能量使基片只要較低的溫度即可得到結(jié)晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生產(chǎn)厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜。貴州反應(yīng)磁控濺射方案
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