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。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。国外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。随着工业的需求和表面技术的发展,新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为磁控溅射领域新的发展趋势。上海金属磁控溅射流程
磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来,在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题,成为镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料广,几乎所有金属,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积配比精确恒定的合金;在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体,可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜;通过精确地控制溅射镀膜过程,容易获得均匀的高精度的膜厚;通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态,溅射靶的安装不受限制,适合于大容积镀膜室多靶布置设计;溅射镀膜速度快,膜层致密,附着性好等特点,很适合于大批量,高效率工业生产。上海金属磁控溅射流程磁控溅射的原理:靶材背面加上强磁体,形成磁场。
磁控溅射技术不只是科学研究和精密电子制造中常用的薄膜制备工艺技术,经过多年的不断完善和发展,该技术也已经成为重要的工业化大面积真空镀膜技术之一,普遍应用于玻璃、汽车、医疗卫生、电子工业等工业和民生领域。例如,采用磁控溅射工艺生产镀膜玻璃,其膜层可以由多层金属或金属氧化物祖成,允许任意调节能量通过率、反射率,具有良好的美观效果,被越来越多的被应用于现代建筑领域。再比如,磁控溅射技术也能够应用于织物涂层,这些织物涂层可以应用于安全领域,如防电击、电磁屏蔽和机器人防护面料等,也可用于染料制作。这样的涂层织物在医疗卫生、环境保护、电子工业等领域都有重要的应用。
磁控溅射的原理:靶材背面加上强磁体,形成磁场。在正负电极间施以高的电压产生等离子体,使氩气发生辉光放电。等离子体中的电子在相互垂直的电场和磁场的共同作用下做螺旋式运动,飞向正电极,在运动过程中与氩气原子发生碰撞,产生Ar离子和电子,带负电的电子又在相互垂直的电场和磁场的共同作用下向正电级做螺旋式运动,电子再次与氩气原子发生碰撞,随着碰撞次数的增大,电子的能量逐渐降低,较后落在衬底上,这就使得高速电子对衬底轰击产生的温升大幅度降低。Ar离子向负极加速运动,与靶材发生碰撞。能量适当的Ar离子离子轰击靶材后使得靶材原子脱离靶材表面,较后沉积在衬底上形成薄膜。磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜。
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。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压,阳离子在电场的作用下轰击靶材,它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材,因为如果是绝缘体靶材,则由于阳粒子在靶表面积累,造成所谓的“靶中毒”,溅射率越来越低。磁控溅射成为镀膜工业主要方法之一。上海金属磁控溅射流程
磁控溅射的优点:膜的牢固性好。上海金属磁控溅射流程
磁控溅射体系设备的稳定性,对所生成的膜均匀性、成膜质量、镀膜速率等方面有很大的影响。磁控溅射体系设备的溅射品种有许多,按照运用的电源分,能够分为直流磁控溅射,射频磁控溅射,中频磁控溅射等等。溅射涂层开始显示出简略的直流二极管溅射。它的优点是设备简略,但直流二极管溅射堆积速率低;为了坚持自我约束的排放,它不能在低压下进行;它不能溅射绝缘材料。这样的缺陷约束了它的运用。在直流二极管溅射设备中添加热阴极和辅佐阳极可构成直流三极管溅射。由添加的热阴极和辅佐阳极发生的热电子增强了溅射气体原子的电离作用,因而即便在低压下也能够进行溅射。不然,能够下降溅射电压以进行低压溅射。在低压条件下;放电电流也会添加,并且能够不受电压影响地单独操控。在热阴极之前添加电极(网格状)以形成四极溅射装置能够稳定放电。可是,这些装置难以获得具有高浓度和低堆叠速度的等离子体区域,因而其尚未在工业中普遍运用。上海金属磁控溅射流程