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(xù)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(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。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。上海高溫磁控濺射分類
磁控濺射是物相沉積的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料,且具有設(shè)備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優(yōu)點。上世紀70年代發(fā)展起來的磁控濺射法更是實現(xiàn)了高速、低溫、低損傷。因為是在低氣壓下進行高速濺射,必須有效地提高氣體的離化率。磁控濺射通過在靶陰極表面引入磁場,利用磁場對帶電粒子的約束來提高等離子體密度以增加濺射率。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復雜的散射過程,和靶原子碰撞,把部分動量傳給靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成級聯(lián)過程。在這種級聯(lián)過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量,離開靶被濺射出來。海南反應(yīng)磁控濺射工藝雙靶磁控濺射儀是一款高真空鍍膜設(shè)備。
磁控濺射的工藝研究:1、功率:每一個陰極都具有自己的電源。根據(jù)陰極的尺寸和系統(tǒng)設(shè)計,功率可以在0~150KW之間變化。電源是一個恒流源。在功率控制模式下,功率固定同時監(jiān)控電壓,通過改變輸出電流來維持恒定的功率。在電流控制模式下,固定并監(jiān)控輸出電流,這時可以調(diào)節(jié)電壓。施加的功率越高,沉積速率就越大。2、速度:另一個變量是速度。對于單端鍍膜機,鍍膜區(qū)的傳動速度可以在每分鐘0~600英寸之間選擇。對于雙端鍍膜機,鍍膜區(qū)的傳動速度可以在每分鐘0~200英寸之間選擇。在給定的濺射速率下,傳動速度越低則表示沉積的膜層越厚。3、氣體:較后一個變量是氣體,可以在三種氣體中選擇兩種作為主氣體和輔氣體來進行使用。
磁控直流濺射法要求靶材能夠?qū)碾x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,不適于絕緣材料。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?qū)щ娦院懿畹姆墙饘侔胁模氂蒙漕l濺射法(RF)。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(對于金屬是5-10eV),從而從晶格點陣中被碰撞出來,產(chǎn)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(chǎn)生碰撞級聯(lián);當這種碰撞級聯(lián)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(jié)合能(對于金屬是1-6eV),這些原子就會從靶材表面脫離從而進入真空。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。
反應(yīng)磁控濺射:以金屬、合金、低價金屬化合物或半導體材料作為靶陰極,在濺射過程中或在基片表面沉積成膜過程中與氣體粒子反應(yīng)生成化合物薄膜,這就是反應(yīng)磁控濺射。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和反應(yīng)氣體純度很高,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),可以制備化學配比或非化學配比的化合物薄膜,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)單機年產(chǎn)上百萬平方米鍍膜的工業(yè)化生產(chǎn)。磁控濺射是在低氣壓下進行高速濺射,為此需要提高氣體的離化率。云南射頻磁控濺射過程
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。上海高溫磁控濺射分類
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