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磁控濺射技術工作原理
標簽: 磁控濺射
2024-09-18  閱讀

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康沃真空網】磁控濺射技術得以廣泛的應用,是由該技術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、半導體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質,尤其適合高熔點和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當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,在成膜面會繼續表面擴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晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生產厚度10nm以下的極薄連續膜。

    磁控濺射技術工作原理

    磁控濺射屬于輝光放電范疇,利用陰極濺射原理進行鍍膜。膜層粒子來源于輝光放電中,氬離子對陰極靶材產生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來后,沉積到元件表面形成所需膜層。磁控原理就是采用正交電磁場的特殊分布控制電場中的電子運動軌跡,使得電子在正交電磁場中變成了擺線運動,因而大大增加了與氣體分子碰撞的幾率。

    磁控濺射的優點:1、沉積速率快,沉積效率高,適合工業生產大規模應用;在沉積大部分的金屬薄膜,尤其是沉積高熔點的金屬和氧化物薄膜時,如濺射鎢、鋁薄膜和反應濺射TiO2、ZrO2薄膜,具有很高的沉積率。

    2、基片溫度低,適合塑料等不耐高溫的基材鍍膜;

    3、制備的薄膜純度高、致密性好、薄膜均勻性好、膜基結合力強。濺射薄膜與基板有著極好的附著力,機械強度也得到了改善;濺射的薄膜聚集密度普遍提高了,從顯微照片看,濺射的薄膜表面微觀形貌比較精致細密,而且非常均勻。

    4、可制備金屬、合金、半導體、鐵磁材料、絕緣體(氧化物、陶瓷)等薄膜;

    5、濺射的薄膜均具有優異的性能。如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;

    6、環保無污染。傳統的濕法電鍍會產生廢液、廢渣、廢氣,對環境造成嚴重的污染。不產生環境污染、生產效率高的磁控濺射鍍膜法則可較好解決這一難題。磁控濺射技術是一種非常有效的沉積鍍膜方法,非常廣泛的用于薄膜沉積和表面覆蓋層制備。可被用于制備金屬、半導體、鐵磁材料、絕緣體(氧化物、陶瓷)等多材料,尤其適合高熔點和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當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與氣體分子的化合物薄膜;且設備簡單、鍍膜面積大和附著力強。

    磁控濺射目前是一種應用十分廣泛的薄膜沉積技術,濺射技術上的不斷發展和對新功能薄膜的探索研究,使磁控濺射應用延伸到許多生產和科研領域。1、在微電子領域作為一種非熱式鍍膜技術,主要應用在化學氣相沉積(CVD)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的材料薄膜沉積,而且可以獲得大面積非常均勻的薄膜。包括歐姆接觸的Al、Cu、Au、W、Ti等金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴散勢壘層的TiN、Ta2O5、TiO、Al2O3、ZrO2、AlN等介質薄膜沉積。

    2、磁控濺射技術在光學薄膜(如增透膜)、低輻射玻璃和透明導電玻璃等方面也得到應用。在透明導電玻璃在玻璃基片或柔性襯底上,濺射制備SiO2薄膜和摻雜ZnO或InSn氧化物(ITO)薄膜,使可見光范圍內平均光透過率在90%以上。

    3、在現代機械加工工業中,利用磁控濺射技術制作表面功能膜、超硬膜自潤滑薄膜,能有效的提高表面硬度、復合韌性、耐磨損性和抗高溫化學穩定性能,從而大幅度地提高涂層產品的使用壽命

    磁控濺射除上述已被大量應用的領域,還在高溫超導薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜研究方面發揮重要作用。

    總的來說,磁控濺射技術在當今先進制造業中占據著重要的地位,對東西方科技實力和產業競爭力的提升發揮了重要作用。隨著科技的不斷進步,磁控濺射技術也將繼續發展和完善,以滿足更加復雜的工業應用需求,推動磁控濺射技術的進一步發展。