云南直流磁控溅射过程

PVD技术特征：过滤阴极弧：过滤阴极电弧配有高效的电磁过滤系统，可将弧源产生的等离子体中的宏观大颗粒过滤掉，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。离子束：离子束加工是在真空条件下，先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满惰性气体之电离室中，使低压惰性气体离子化。由负极引出阳离子又经加速、集束等步骤，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。由于离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动能，是靠微观的机械撞击能量来加工的。溅射所获得的薄膜纯度高、致密度好、成膜均匀性好。云南直流磁控溅射过程

真空磁控溅射为什么必须在真空环境？溅射过程是通过电能，使气体的离子轰击靶材，就像砖头砸土墙，土墙的部分原子溅射出来，落在所要镀膜的基体上的过程。如果气体太多，气体离子在运行到靶材的过程中，很容易跟路程中的其他气体离子或分子碰撞，这样就不能加速，也溅射不出靶材原子来。所以需要真空状态。而如果气体太少，气体分子不能成为离子，没有很多可以轰击靶材，所以也不行。只能选择中间值，有足够的气体离子可以轰击靶材，而在轰击过程中，不至于因为气体太多而相互碰撞致使失去太多的能量的气体量。所以必须在较为恒定的真空状态下。此状态根据气体分子直径和分子自由程计算。一般在0.2-0.5Pa之间。北京平衡磁控溅射过程磁控溅射法实现了高速、低温、低损伤。

真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术的区别：真空磁控溅射涂层技术不同于真空蒸发涂层技术。溅射是指荷能颗粒轰击固体表面，使固体原子或分子从表面射出的现象。大多数粒子是原子状态，通常称为溅射原子。用于轰击目标的溅射颗粒可以是电子、离子或中性颗粒，因为离子很容易加速电场下所需的动能，所以大多数都使用离子作为轰击颗粒。溅射过程是基于光放电，即溅射离子来自气体放电。不同的溅射技术使用不同的光放电方法。直流二极溅射采用直流光放电，三极溅射采用热阴极支撑光放电，射频溅射采用射频光放电，磁控溅射采用环磁场控制的光放电。真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术相比有许多优点。如任何物质都能溅射，特别是高熔点和低蒸汽压力的元素和化合物；溅射膜与基板附着力好；膜密度高；膜厚可控，重复性好。此外，蒸发法与溅射法相结合，即离子镀。该方法具有附着力强、沉积率高、膜密度高等优点。

磁控溅射靶材的原理：在被溅射的靶极与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。磁控溅射一般分为二种：直流溅射和射频溅射，其中直流溅射设备原理简单，在溅射金属时，其速率也快。而射频溅射的使用范围更为普遍，除可溅射导电材料外，也可溅射非导电的材料，同时还可进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射，如今，常用的有电子回旋共振型微波等离子体溅射。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁。

磁控溅射的工艺研究：1、气体环境：真空系统和工艺气体系统共同控制着气体环境。首先，真空泵将室体抽到一个高真空。然后，由工艺气体系统充入工艺气体，将气体压强降低到大约2X10-3torr。为了确保得到适当质量的同一膜层，工艺气体必须使用纯度为99.995%的高纯气体。在反应溅射中，在反应气体中混合少量的惰性气体可以提高溅射速率。2、气体压强：将气体压强降低到某一点可以提高离子的平均自由程、进而使更多的离子具有足够的能量去撞击阴极以便将粒子轰击出来，也就是提高溅射速率。超过该点之后，由于参与碰撞的分子过少则会导致离化量减少，使得溅射速率发生下降。如果气压过低，等离子体就会熄灭同时溅射停止。提高气体压强可提高离化率，但是也就降低了溅射原子的平均自由程，这也可以降低溅射速率。能够得到较大沉积速率的气体压强范围非常狭窄。如果进行的是反应溅射，由于它会不断消耗，所以为了维持均匀的沉积速率，必须按照适当的速度补充新的反应镀渡。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。北京平衡磁控溅射过程

能够控制镀层的厚度，同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小。云南直流磁控溅射过程

磁控溅射的优点：（1）基板有低温性。相对于二级溅射和热蒸发来说，磁控溅射加热少。（2）有很高的沉积率。可溅射钨、铝薄膜和反应溅射TiO2、ZrO2薄膜。（3）环保工艺。磁控溅射镀膜法生产效率高，没有环境污染。（4）涂层很好的牢固性，溅射薄膜与基板，机械强度得到了改善，更好的附着力。（5）操作容易控制。镀膜过程，只要保持压强、电功率溅射条件稳定，就能获得比较稳定的沉积速率。（6）成膜均匀。溅射的薄膜密度普遍提高。（7）溅射的金属膜通常能获得良好的光学性能、电学性能及某些特殊性能。（8）溅射可连续工作，镀膜过程容易自动控制，工业上流水线作业。云南直流磁控溅射过程

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