圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理
磁控溅射原理课件
适用材料广泛
磁控溅射可以用于多种金属、非金属 材料的镀膜，满足不同应用需求。
03
磁控溅射过程与机制
磁控溅射过程的物理机制
磁场控制电子运动
在磁控溅射过程中，磁场对电子的运动轨迹起到控制作用，使电子在靶材表面附近区域做回旋运动，延长了电子与气 体分子的碰撞时间，提高了离化率。
高速运动的电子与气体分子碰撞
04
磁控溅射技术的研究与发 展
磁控溅射技术的研究现状
国内外研究概况
磁控溅射技术在国内外的科研机构和 大学中得到了广泛的研究和应用，涉 及材料科学、电子学、光学等领域。
实验研究与理论模拟
当前的研究主要集中在实验研究和理 论模拟两个方面，通过实验验证理论 的预测，同时通过理论模拟指导实验 设计和优化。
阳极
通常为金属材料，与阴极相对 ，用于吸引真空室内的电子。
电源系统
提供直流或交流电，以驱动阴 极和阳极之间的电场。
磁控溅射系统的原理
01
02
03
气体放电
在真空室内，通过电源系 统产生电场，使得气体分 子被电离成带电离子和电 子。
离子加速
带电离子在电场作用下加 速飞向阴极靶材，与靶材 表面原子碰撞并使其溅射 出来。
磁控溅射技术的发展趋势
高效能与环保
随着环保意识的提高和能源的日益紧张，磁控溅射技术正朝着高效能和环保的 方向发展，寻求更低的能耗和更少的废弃物排放。
多功能化
为了满足多样化的需求，磁控溅射技术正朝着多功能化的方向发展，如开发出 适用于不同材料、不同工艺的多功能磁控溅射设备。
磁控溅射技术的前沿问题
新型材料的制备
优良的附着力
由于靶材原子以一定的能量沉积在基片表面，与基片表面 产生较好的附着力。
磁控溅射技术的原理与发展
磁控溅射技术的原理与发展作者：王俊郝赛来源：《科技创新与应用》2015年第02期摘要：磁控溅射技术因为其自身所具有的显著优点，已经被越来越广泛的运用于各个领域，其中以工业镀膜方面的应用最为广泛，相应的其生产技术也得到了很大的改进。
文章着重讲述磁控技溅射技术的原理，特点以及磁控溅射技术的发展趋势。
关键词：镀膜技术；磁控溅射；平衡磁控溅射；非平衡磁控溅射自1852年，格洛夫发现阴极溅射现象，对于溅射技术的运用便逐步发展起来，从上世纪80年代至今，磁控溅射技术在表面工程领域占据举足轻重的地位。
磁控溅射技术可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种十分有效的薄膜沉积方法。
1 溅射镀膜的原理溅射技术是指用有一定能量的粒子轰击固体表面，使该固体表面的原子或者分子离开其表面，溅射出去的技术，该固体被称为靶材，飞溅而出的原子或分子落于另一固体表面形成镀膜，被镀膜的固体称之为基片。
电子在外加电场作用下，加速向外飞出，与Ar原子发生碰撞，使Ar原子电离成Ar离子和二次电子，并将其大部分能量传递给Ar离子，Ar离子获得能量后以高速轰击靶材，使其上原子或分子脱离靶材表面飞溅出去，这些获得能量的原子或分子落于基片表面并沉淀下来形成镀膜。
但由于发生了多次的能量传递，导致电子无法轰击电离靶材，而是直接落于基片之上。
磁控溅射是在外加电场的两极之间引入一个磁场，电子受电场力加速作用的同时受到洛伦兹磁力的束缚作用，从而使其运动轨迹由原来的直线变成摆线，从而增加了高速电子与氩气分子相碰撞的几率，能大大提高氩气分子的电离程度，因此便可降低了工作气压，而Ar离子在高压电场加速作用下，轰击靶材表面，使靶材表面更多的原子或分子脱离原晶格而溅出靶材飞向基片，高速撞击沉淀于基片上形成薄膜，由于二次电子残余的能量较低，落于基片后引起的温度变化并不明显，于是磁控溅射镀膜技术拥有“高速低温”的特点。
圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理
圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理作者：admin来源：本站发表时间：2010-2-2 9:49:13点击：2557磁控溅射膜常见故障的排除膜层灰暗及发黑(1)真空度低于0.67Pa。
应将真空度提高到0.13-0.4Pa。
(2)氩气纯度低于99．9％。
应换用纯度为99．99％的氩气。
(3)充气系统漏气。
应检查充气系统，排除漏气现象。
(4)底漆未充分固化。
应适当延长底漆的固化时间。
(5)镀件放气量太大。
应进行干燥和封孔处理膜层表面光泽暗淡(1)底漆固化不良或变质。
应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。
(2)溅射时间太长。
应适当缩短。
(3)溅射成膜速度太快。
应适当降低溅射电流或电压膜层色泽不均(1)底漆喷涂得不均匀。
应改进底漆的施涂方法。
(2)膜层太薄。
应适当提高溅射速度或延长溅射时间。
(3)夹具设计不合理。
应改进夹具设计。
(4)镀件的几何形状太复杂。
应适当提高镀件的旋转速度膜层发皱、龟裂(1)底漆喷涂得太厚。
应控制在7—lOtan厚度范围内。
(2)涂料的粘度太高。
应适当降低。
(3)蒸发速度太快。
应适当减慢。
(4)膜层太厚。
应适当缩短溅射时间。
(5)镀件温度太高。
应适当缩短对镀件的加温时间膜层表面有水迹、指纹及灰粒(1)镀件清洗后未充分干燥。
应加强镀前处理。
(2)镀件表面溅上水珠或唾液。
应加强文明生产，操作者应带口罩。
(3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。
应严禁用手接触镀件表面。
(4)涂料中有颗粒物。
应过滤涂料或更换涂料。
(5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。
应更换除尘器，并保持工作环境的清洁膜层附着力不良(1)镀件除油脱脂不彻底。
应加强镀前处理。
(2)真空室内不清洁。
应清洗真空室。
值得注意的是，在装靶和拆靶的过程中，严禁用手或不干净的物体与磁控源接触，以保证磁控源具有较高的清洁度，这是提高膜层结合力的重要措施之一。
(3)夹具不清洁。
应清洗夹具。
(4)底涂料选用不当。
应更换涂料。
(5)溅射工艺条件控制不当。
磁控溅射
磁控溅射百科名片磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。
通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。
工作原理磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。
由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。
在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
种类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。
靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。
平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装饰膜。
磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控阴极。
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高，但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受离子轰击较小.非平衡磁控溅射技术概念，即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片区域的等离子体密度和气体电离率.不管平衡非平衡，若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理
磁控溅射（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术，其中利用磁控电子束加速器和靶材的相互作用实现。
在磁控溅射过程中，会有一种称为靶材的材料被置于真空腔室中。
通常，该靶材是被称为电子束阴极的磁控源。
真空腔中放置有基板，它是需要被涂层的目标表面。
为了开始溅射过程，通过引入工作气体（如氩气）使真空腔压力降至非常低的级别，通常为10^-6至10^-3毫巴（1毫巴
=100帕）。
然后，在靶材上施加直流或脉冲电源，产生磁场
和电子束。
这些电子束击中靶材表面，加速释放出的离子，将其溅射到基板上，从而形成薄膜。
靶材上的电荷量形成一个环状的磁场，这被称为靶材区域。
这种磁场的存在使能够将带有正电荷的离子定向到工作表面。
此外，电子束在该磁场中被定向，从而形成一个环绕靶材的螺旋形低密度电子云。
这是通过磁透镜形成的，它将电子束束缚在靶材区域。
当电子束和磁场共同作用时，电子与标靶表面相互作用，启动了溅射过程。
在这个过程中，束流的动能转移到靶材的原子、离子和中性气体原子上，使它们从靶面溅射到基板上，从而形成薄膜。
磁控溅射技术具有可控性、均匀性和高质量的优势，可用于各种领域的薄膜制备，如光学、电子器件、显示器件等。
通过调
整靶材、工作气体、工作压力和溅射时间等参数，可以实现所需的薄膜特性。
磁控溅射法的工作原理
(R, A)n1MnnO3n+1
二、锰氧化物的结构及其庞磁电阻效应
1.钙钛矿锰氧化物基本的晶格
一般泛指的锰氧化物(Manganites)是基于钙钛矿结构来说 的，它的通式可以写为：(R, A)n1MnnO3n+1(其中R 为稀土元素, A 为碱土元素) ，通常也称作Ruddlesden-Popper(RP)相。在 RP化合物中，“n”代表MnO6 八面体顺着晶体[001]方向堆 垛的层数。如图1所示，单层 n = 1 的(R,A)2 MnO4化合物具有 二维的K2NiF4 结构，由一层MnO6八面体层和一层(R/A，O）交替 堆垛组成。n =2的双层(R,A)3Mn2O7和n = 3的三层(R,A)4Mn3O10化合 物分别有两层MnO6 八面体和三层 MnO6八面体与一层 (R/A，O）交 替堆垛组成。n =∞的化合物 (R,A)MnO3 具有无穷层的三维钙钛 矿结构。其中结构为(R,A)Mn2O7和 (R,A)MnO3的部分化合物表现出 CMR效应。
'
2 2
1 2
λ θυ
θ′υ′
对于表面和界面反射的光程差为2Dsinθ′+λ/2， 在反射曲线中极大值出现在角度为△=nλ(n=1,2,…… )处（图5-11），从而
DK
1
（K =1、3、5、…）
4 k 2 2
1 I / I0
X射线干涉仪的反射曲线图
θ
1 3 5
磁控溅射成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好， 可实现大面积镀膜，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。所以对于绝缘靶材或导电性 很差的非金属靶材，须用射频溅射法（RF）。
磁控溅射原理详细介绍课件
THANKS
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控制系统
用于控制溅射过程， 包括真空度、电流、 电压等参数的监测和 控制。
磁控溅射的工作原理
气体放电
在真空室内，通过施加 高压电场，使气体产生 电离，产生等离子体。
粒子轰击
等离子体中的离子在电 场作用下加速飞向阴极 靶材，对靶材表面进行
轰击。
溅射
轰击导致靶材表面原子 或分子从表面射出，形
成溅射粒子。
沉积
溅射粒子在基片上沉积 形成薄膜。
磁控溅射的优缺点
高沉积速率
由于高密度的等离子体，使得溅射速 率较高。
低温沉积
可在较低的温度下实现沉积，适用于 某些热敏材料。
磁控溅射的优缺点
• 广泛的应用范围：可应用于金属、非金属、化合物等多种 材料的沉积。
磁控溅射的优缺点
需要高真空环境
需要建立高真空环境，增加了设备成本和运行成本。
特性
高沉积速率、低基材温度、高附着力、大面积成膜等。
磁控溅射的物理过程
气体放电
在阴极和阳极之间施加高压直 流电或射频电场，使气体产生 电离产生等离子体。
靶材溅射
高速离子轰击靶材表面，将靶 材原子从表面溅射出来。
真空环境建立
通过机械泵和分子泵等设备将 真空室内气压降低到10^-5Pa 以下。
磁场控制电子运动
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
表面形貌
通过扫描电子显微镜视察薄膜的表面 形貌。
物理性能
测量薄膜的硬度、弹性模量、热导率 等物理性能。
磁控溅射靶靶型分类
磁控溅射靶靶型分类发布时间：2010-11-11磁控溅射靶靶型分类靶型开发的历程大致如下：首先开发的是轴状靶→圆盘形平面靶→S-枪→矩形平面靶→各种异形靶→对靶或孪生靶→靶面旋转的圆柱靶→靶-弧复合靶→……，目前应用最广泛的是矩形平面靶，未来最受关注的是旋转圆柱靶和靶-弧复合靶。
同轴圆柱形磁控溅射在溅射装置中该靶接500-600V的负电位，基片接地、悬浮或偏压，一般构成以溅射靶为阴极、基片为阳极的对数电场和以靶中永磁体提供的曲线形磁场。
圆柱形磁控溅射靶的结构1—水咀座；2—螺母；3—垫片；4—密封圈；5—法兰；6—密封圈；7—绝缘套；8—螺母；9—密封圈；10—屏蔽罩；11—密封圈；12—阴极靶；13—永磁体；14—垫片；15—管；16—支撑；17—螺母；18—密封圈；19—螺帽圆柱形磁控溅射靶的磁力线在每个永磁体单元的对称面上，磁力线平行于靶表面并与电场正交。
磁力线与靶表面封闭的空间就是束缚电子运动的等离子区域。
在异常辉光放电中，离子不断地轰击靶表面并使之溅射，而电子如下图那样绕靶表面作圆周运动。
在圆柱形阴极与同轴阳极之间发生冷阴极放电时的电子迁移简图平面磁控溅射圆形平面磁控溅射圆形平面靶采用螺钉或钎焊方式紧紧固定在由永磁体（包括环形磁铁和中心磁柱）、水冷套和靶外壳等组成的阴极体上。
如下图所以结构：圆形平面磁控溅射靶的结构1—冷却水管；2—轭铁；3—真空室；4—环形磁铁；5—水管；6—磁柱；7—靶子；8—螺钉；9—压环；10—密封圈；11—靶外壳；12—屏蔽罩；13—螺钉；14—绝缘垫；15—绝缘套；16—螺钉通常，溅射靶接500-600V负电压；真空室接地；基片放置在溅射靶的对面，其电位接地、悬浮或偏压。
因此，构成基本上是均匀的静电场。
永磁体或电磁线圈在靶材表面建立如下图的曲线形静磁场：圆形平面磁控靶的磁力线1—阴极；2—极靴；3—永久磁铁；4—磁力线该磁场是以圆形平面磁控靶轴线为对称轴的环状场。
磁控溅射原理课件
高速荷能粒子轰击固体靶材表面，使固体原子或分子从表面射出并沉积在基底表面，形成薄 膜。
磁控溅射技术的应用领域
01
02
03
04
05
磁控溅射技术在光学、 电子、机械、生物医学 等领域得到广泛应用。
射频磁控溅射设备
适用于镀制高纯度薄膜和特殊材料镀 膜。
磁控溅射系统的特点
高沉积速率
通过磁场控制电子的运动，提高离子 的能量和密度，从而实现高速溅射镀 膜。
高薄膜质量
由于高离子密度和低沉积温度，可以 获得高质量、致密、附着力强的薄膜 。
广泛的应用范围
适用于各种金属、非金属材料和复合 材料的镀膜，可制备多种功能薄膜和 装饰薄膜。
2023-2026
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磁控溅射原理课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 磁控溅射原理简介 • 磁控溅射设备与系统 • 磁控溅射工艺参数 • 磁控溅射镀膜的质量控制 • 磁控溅射技术的发展趋势与展望
PART 01
磁控溅射原理简介
磁控溅射技术的定义
磁控溅射技术是一种物理气相沉积（PVD）技术，利用磁场 控制下的高速荷能粒子轰击固体表面，使固体原子或分子从 表面射出并沉积在基底表面，形成薄膜。
在光学领域，利用磁控 溅射技术制备的高质量 薄膜具有高反射率、高 透过率、低散射等特点 ，广泛应用于光学元件 、太阳能集热器等领域 。
在电子领域，利用磁控 溅射技术制备的导电膜 、绝缘膜、介质膜等具 有低电阻、低介电常数 、高硬度和附着力等特 点，广泛应用于集成电 路、微电子器件等领域 。
磁控溅射原理
Making the IMPOSSIBLE possible
三种磁控溅射对比
23
DC
MF
RF
电源价格
便宜
一般
昂贵
靶材
圆靶/矩形靶 平面靶/旋转靶 实验室一般用圆平面靶
靶材材质要求
导体
无限制
无限制
抵御靶中毒能力
弱
强
强
靶材利用率
15％ / 30％
30％ / 70％
应用
金属
金属/化合物 工业上不采用此法
易打弧，不稳定 工作稳定，
在反应溅射中要严格 无打弧现象， 控制反应气体流量 溅射速率快
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
Al背电极工艺参数
24
制备方法的选择：采用DC溅射铝平面矩形靶
工艺参数： • 本底真空2~3×10-3Pa
• 工作气压～0.3~0.6 Pa
射频辉光放电
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率增高到射频频率时即可 产生稳定的射频辉光放电。
射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量，所以减小 了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电压。
射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导电体，可以溅射 任何材料，因此射频辉光放电广泛用于介质的溅射。
815－TCO
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
2
outline
磁控溅射原理 磁控溅射分类 直流平面靶溅镀Al电极 中频旋转靶溅镀ZAO和ITO
让不可能成为可能
Making the IMPOSSIBLE possible
磁控溅射靶的磁场排布分析
邻磁钢极性相反,即NSN或SNS) 。
图1 磁钢排布和磁力线分布图 图1 中的磁力线分布是通过数
值模拟方法计算出来的, 可以看出在靶面磁力溅射区域主要集中 在磁
acdb,真空镀膜设备/,
力线近似平行于靶面的范围。随着溅射不断进行, 刻蚀槽的宽度 随着刻蚀深度的增加不断变窄, 最后形成的刻蚀轮廓如图2 所示。
但是由于热载荷的影响, 靶材可能出现融化和开裂的问题。这些 问题可以通过在相同靶材面积的情况下,使 靶面的
溅射面积增加,导致靶面的功率密度降低来解决。所以对磁控溅 射阴极的磁场设计一直以来都在不断的进步。其中比较有代表性 的如:
圆形平面磁控溅射源, 通过合理设计磁场,使形成的跑道通过靶面 中心,利用机械传动装置旋转磁体, 实现靶面的全面溅射; 矩形
图2 通常磁钢排布形成的刻蚀 通过面积计算可知, 上述的磁钢排列方式,靶材的利用率大约 只有20
%。可见通常的磁钢排列方式, 难以获得高的靶材利用率和沉积 速率。
磁控溅射靶的磁场排布分析
近几十年来,磁控溅射技术已经成为最重要的沉积镀膜方法之 一。广泛应用于工
业生产和科学研究领域。如在现代机械加工工业中,利用磁控溅 射技术在工件表面镀制功能膜、超硬膜、自润滑薄膜。在光学领 域, 利
用磁控溅射技术制备增透膜、低辐射膜和透明导膜, 隔热膜等。 在微电子领域和光、磁记录领域磁控溅射技术也发挥着重要作用。 然而
磁控溅射技术也有其自身的不足,如靶材利用率低、沉积速率低 和离化率低等缺点。其中靶材利用率是由于靶面跑道的存在,使 等离子体
约束于靶面的局部区域, 造成靶材的区域性溅射。跑道的形状是 由靶材后面的磁场结构所决定的。提高靶材利用率的关键是调整 磁场结
构, 使等离子体存在于更大的靶面范围, 实现靶面的均匀溅射。 对于磁控溅射,可以通过增加靶功率的方法实现溅射产额的提高,
磁控溅射旋转圆柱阴极靶关键技术的研究与结构设计
致谢
三年的学习和科研工作，不仅使我的知识结构和研究能力上了一个新台阶，更重 要的是，综合素质得到了提高。而这一切，都要归功于陈长琦教授的深切教诲与热情 鼓励。陈老师知识渊博，待人和蔼，诲人不倦。值此论文顺利完成之际，首先向我的 导师陈老师表达深深的敬意和无以言表的谢意。
磁控溅射旋转圆柱阴极靶关键技术的研究 与结构设计
Key Technology and Structure Design of Cylindrical Rotating Cathode Target for Magnetron Sputtering
作者姓名 学位类型 学 科、专 业 研究方向 导师及职称
作者：穆怀普 2012 年 4 月 29 日
目录
第一章 绪论 .......................................................................................................................... 1
衷心地感谢真空教研室其他老师对我的教诲与帮助。 还要感谢 611 真空实验室的兄弟姐妹，是你们必言多，深深地感谢您们的养育之恩，多年来含辛茹苦，一直鼓励我 学有所成。感谢我的岳父、岳母平日里对我无微不至的照顾。特别感谢我的妻子，是 你始终如一默默的体贴、信任和鼓励我，让我有一个温馨的家庭，用一种舒适的心情 去面对困难。还有我的其他亲人们，感谢你们对我的关心。 最后，向所有关心我的亲人、师长和朋友们表示深深的谢意！
磁控溅射靶原理
磁控溅射靶原理磁控溅射靶1. 简介磁控溅射靶是一种常用于薄膜沉积技术的设备，通过磁场控制靶材的溅射，可以在物体表面形成均匀、致密的薄膜。
2. 原理磁控溅射靶的工作原理如下：•靶材选择–靶材应具有高熔点、高熔化热和较低的气压携带能力，以确保长时间使用和较高的溅射效率。
–常见的靶材包括金属、合金和化合物等。
•真空环境–磁控溅射靶需要在真空环境下工作，以避免气体分子的干扰和靶材的氧化。
–通常使用高真空或超高真空的系统。
•磁场生成–磁控溅射靶使用磁场来控制靶材的溅射，通常采用磁控溅射系统中的永磁或电磁磁铁。
–磁场的生成可通过靶材周围设置的磁铁实现，使得靶材表面形成一个被磁场控制的溅射区域。
•靶材溅射–当磁控溅射系统工作时，靶材表面会发射出高速的靶材原子或分子。
–这些溅射粒子在磁场的作用下，沿着垂直于靶材表面的路径飞出并击中目标物质表面。
•薄膜沉积–溅射粒子在击中目标物质表面时，会形成一个均匀分布的薄膜。
–薄膜的性质可以通过调节溅射参数（如溅射功率、溅射距离等）和靶材选取进行控制。
3. 应用领域磁控溅射靶在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：•光电子学•半导体制备•涂层制备•高能物理实验4. 优势与不足磁控溅射靶相比其他薄膜沉积技术具有如下优势：•高成膜速率：磁控溅射靶可以实现较高的溅射速率，使得薄膜沉积更加快速。
•均匀薄膜：磁场的作用可以使得溅射粒子均匀分布，从而形成均匀致密的薄膜。
•靶材利用率高：磁控溅射靶可以较充分地利用靶材，减少资源浪费。
然而，磁控溅射靶也存在一些不足之处：•部分材料不适用：某些高熔点材料和易氧化材料不适合作为磁控溅射靶材。
•费用较高：磁控溅射设备的建造和维护成本较高，对于某些应用领域可能不经济。
5. 结论磁控溅射靶是一种常用的薄膜沉积技术，通过磁场控制靶材的溅射，可以实现在物体表面形成均匀致密的薄膜。
它在光电子学、半导体制备、涂层制备和高能物理等领域有广泛应用。
磁控溅射靶具有高成膜速率、均匀薄膜和高靶材利用率的优势，但对于某些材料和成本要求较高。
旋转靶与平面靶的工作原理
旋转靶与平面靶的工作原理
旋转靶与平面靶是两种不同类型的靶材，它们在应用中的工作原理有所不同。
旋转靶的工作原理是通过旋转靶材自身的转动来增加薄膜的均匀性。
这种设计使得在靶材表面沉积的材料更加均匀，提高了镀膜的质量和效率。
旋转靶材通常呈圆柱形状，这种形状的设计有利于靶材的均匀旋转。
平面靶的工作原理则是基于具有平整表面的矩形形状。
在镀膜过程中，平面靶材的表面会直接面对溅射源，使得溅射粒子在靶材表面均匀沉积。
平面靶材的优点是结构简单，易于制造和维护，但其镀膜均匀性可能较旋转靶材稍逊一筹。
总的来说，旋转靶和平面靶的工作原理都涉及到溅射镀膜的过程，但它们在靶材形状和镀膜均匀性方面有所差异。
选择使用哪种靶材取决于具体的镀膜需求和设备条件。
圆柱靶磁控溅射技术
圆柱靶磁控溅射技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊圆柱靶磁控溅射技术。
这玩意儿可厉害啦！就好像是一位神奇的魔法师，能在各种材料上施展奇妙的魔法。
你想想看，圆柱靶就像是一个充满魔力的圆柱体，里面蕴含着无尽的可能。
而磁控溅射呢，就像是给这个圆柱体注入了神奇的力量，让它能够把各种材料的精华提取出来，然后均匀地洒在我们需要的地方。
它就像是一个超级精准的油漆工，能把那一层薄薄的“颜料”涂得恰到好处，不厚也不薄。
而且呀，它的工作效率还特别高，比那些普通的方法可强多了。
在很多高科技领域，圆柱靶磁控溅射技术都发挥着至关重要的作用呢！比如说在电子行业，它能让那些小小的电子元件变得更加出色；在光学领域，它能让镜片更加清晰明亮。
这不就像是给这些东西注入了灵魂一样吗？它能让原本普通的材料一下子变得高大上起来，这可真是让人惊叹不已啊！你说这是不是很神奇？那薄薄的一层溅射出来的物质，就像是给材料披上了一件神奇的外衣，让它们拥有了全新的性能和特点。
你再想想，如果没有圆柱靶磁控溅射技术，那我们的生活得失去多少精彩呀！那些高科技产品可能就不会有现在这么出色的表现了。
这技术就像是一个默默无闻的幕后英雄，虽然我们平时可能不太注意到它，但它却一直在为我们的生活贡献着力量。
而且哦，这技术还在不断地发展和进步呢！就像我们人一样，要不断学习和成长。
说不定哪天，它又会给我们带来更大的惊喜呢！到时候，我们的生活又会发生翻天覆地的变化。
它的应用范围也越来越广泛，从小小的手机零件到大大的工业设备，都有它的身影。
这不就像是一个无处不在的小精灵吗？它在各个角落施展着自己的魔法，让一切都变得更加美好。
你说，这么厉害的圆柱靶磁控溅射技术，我们能不重视它吗？我们得好好感谢那些研究和开发这项技术的科学家们呀，是他们让我们的生活变得如此丰富多彩。
总之呢，圆柱靶磁控溅射技术可真是一项了不起的技术！它就像是一道闪耀的光芒，照亮了我们科技进步的道路。
让我们一起期待它未来能给我们带来更多的惊喜吧！。
磁控溅射工作原理
磁控溅射工作原理磁控溅射一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。
由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。
在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
种类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:利用磁场与电子交互作用，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。
靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。
平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装饰膜。
磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控阴极。
平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高，但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受离子轰击较小.非平衡磁控溅射技术概念，即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片磁控溅射区域的等离子体密度和气体电离率.不管平衡非平衡，若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。
为增大靶材利用率，可采用旋转磁场。
但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。
磁控溅射技术的基本原理
张继成吴卫东许华唐晓红中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳材料导报, 2004, 18(4): 56-59介绍磁控溅射技术的基本原理、装置及近年出现的新技术。
1 基本原理磁控溅射技术是在普通直流(射频)溅射技术的基础上发展起来的。
早期的直流(射频)溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。
但这种溅射技术的成膜速率较低，工作气压高(2～10Pa)。
为了提高成膜速率和降低工作气压，在靶材的背面加上了磁场，这就是最初的磁控溅射技术。
磁控溅射法在阴极位极区加上与电场垂直的磁场后，电子在既与电场垂直又与磁场垂直的方向上做回旋运动，其轨迹是一圆滚线，这样增加了电子和带电粒子以及气体分子相撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，同时，电子又被约束在靶表面附近，不会达到阴（阳）极，从而减小了电子对基片的轰击，降低了由于电子轰击而引起基片温度的升高。
2 基本装置(1) 电源采用直流磁控溅射时，对于制备金属薄膜没有多大的问题，但对于绝缘材料，会出现电弧放电和“微液滴溅射”现象，严重影响了系统的稳定性和膜层质量。
为了解决这一问题，人们采用了射频磁控溅射技术，这样靶材和基底在射频磁控溅射过程中相当于一个电容的充放电过程，从而克服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”现象的发生。
(2) 靶的冷却在磁控溅射过程中，靶不断受到带电粒子的轰击，温度较高，其冷却是一个很重要的问题，一般采用水冷管间接冷却的方法。
但对于传热性能较差的材料，则要在靶材与水冷系统的连接上多加考虑，同时需要考虑不同材料的热膨胀系数的差异，这对于复合靶尤为重要（可能会破裂损坏）。
(3) 磁短路现象利用磁控溅射技术溅射高导磁率的材料时，磁力线会直接通过靶的内部，发生刺短路现象，从而使磁控放电难以进行，这时需要在装置的某些部分做些改动以产生空间凝结，如让靶材内部的磁场达到饱和；在靶材上留下缝隙，使其产生漏磁现象；使靶材的温度升高而使其磁导率减小等。
磁控溅射原理
磁控溅射原理.txt女人谨记：一定要吃好玩好睡好喝好。
一旦累死了，就别的女人花咱的钱，住咱的房，睡咱的老公，泡咱的男朋友，还打咱的娃。
百科名片磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。
二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。
磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。
电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。
但一般基片与真空室及阳极在同一电势。
磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。
至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。
磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。
在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。
所不同的是电场方向，电压电流大小而已。
磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02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(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。
磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。
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圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理
作者：admin 来源：本站发表时间：2010-2-2 9:49:13 点击：2557
磁控溅射膜常见故障的排除
膜层灰暗及发黑
(1)真空度低于0.67Pa。
应将真空度提高到0.13-0.4Pa。
(2)氩气纯度低于99．9％。
应换用纯度为99．99％的氩气。
(3)充气系统漏气。
应检查充气系统，排除漏气现象。
(4)底漆未充分固化。
应适当延长底漆的固化时间。
(5)镀件放气量太大。
应进行干燥和封孔处理
膜层表面光泽暗淡
(1)底漆固化不良或变质。
应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。
(2)溅射时间太长。
应适当缩短。
(3)溅射成膜速度太快。
应适当降低溅射电流或电压
膜层色泽不均
(1)底漆喷涂得不均匀。
应改进底漆的施涂方法。
(2)膜层太薄。
应适当提高溅射速度或延长溅射时间。
(3)夹具设计不合理。
应改进夹具设计。
(4)镀件的几何形状太复杂。
应适当提高镀件的旋转速度
膜层发皱、龟裂
(1)底漆喷涂得太厚。
应控制在7—lOtan厚度范围内。
(2)涂料的粘度太高。
应适当降低。
(3)蒸发速度太快。
应适当减慢。
(4)膜层太厚。
应适当缩短溅射时间。
(5)镀件温度太高。
应适当缩短对镀件的加温时间
膜层表面有水迹、指纹及灰粒
(1)镀件清洗后未充分干燥。
应加强镀前处理。
(2)镀件表面溅上水珠或唾液。
应加强文明生产，操作者应带口罩。
(3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。
应严禁用手接触镀件表面。
(4)涂料中有颗粒物。
应过滤涂料或更换涂料。
(5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。
应更换除尘器，并保持工作环境的清洁
膜层附着力不良
(1)镀件除油脱脂不彻底。
应加强镀前处理。
(2)真空室内不清洁。
应清洗真空室。
值得注意的是，在装靶和拆靶的过程中，严禁用手
或不干净的物体与磁控源接触，以保证磁控源具有较高的清洁度，这是提高膜层结合力的重
要措施之一。
(3)夹具不清洁。
应清洗夹具。
(4)底涂料选用不当。
应更换涂料。
(5)溅射工艺条件控制不当。
应改进溅射工艺条件
圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理
摘要：介绍了一种根据矩形平面靶的结构原理设计圆柱形、平面式磁控溅射靶的方法．并对如何发挥圆柱形、平面式磁控溅射靶的优点进行了分析．
关键词：磁控溅射；靶；真空镀膜
1磁控溅射技术
磁控溅射技术是70年代发展起来的一种新型溅射技术，目前已在科研和生产中实际应用．磁控溅射镀膜主要用于电子工业、磁性材料及记录介质、光学及光导通讯等，具有高速、低温、低损伤等优点．高速是指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，损伤小．
2磁控溅射镀膜原理与磁控溅射靶
2.1磁控溅射镀膜原理
磁控溅射镀膜原理是将磁控溅射靶放在真空室内，在阳极(真空室)和阴极靶(被沉积的材料)之间加上足够的直流电压，形成一定强度的静电场E．然后再在真空室内充入氩气，在静电场E的作用下，氩气电离并产生高能的氩离子A+r和二次电子e1．高能的A+r在电场E的作用下加速飞向溅射靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材表面发生溅射．在溅射粒子中，中性的靶原子(或分子)沉积在基片上形成薄膜(如图1所示)［1］．
图1磁控溅射镀膜原理
由于磁场B的作用，一方面在阴极靶的周围，形成一个高密度的辉光等离子区，
在该区域电离出大量的A+r来轰击靶的表面，溅射出大量的金属粒子向工件表面沉积；另一方面，二次电子e1在加速飞向靶表面的同时，受到磁场B的洛伦兹力作用，以摆线和螺旋线的复合形式在靶表面作圆周运动．随着碰撞次数的增加，电子e1的能量逐渐降低，传给基片的能量很小，故基片的温升较低．当溅射量达到一定程度后，靶表面的材料也就被消耗掉，形成拓宽的腐蚀环形凹状区［1］．
2.2磁控溅射靶在镀膜过程中的重要作用
磁控溅射靶是真空磁控溅射镀膜的核心部件，它的重要作用主要表现在以下两个方面(1)对于大面积表面的镀膜，磁控溅射靶影响着膜层的均匀性与重复性；(2)当膜层材料为贵重金属时，靶的结构决定着靶材(形成薄膜的材料)，即该贵重金属的利用率．
3常用的磁控溅射靶及其优缺点
3.1矩形平面靶
矩形平面靶的结构简图如图2所示［1］，磁场方向与靶面阴极平行，形成环形磁场，该磁场与电场E正交．当真空室内充入氩气后，便被电离放电，放电产生的A+r 离子轰击阴极(靶)的表面．二次电子e1受磁场B的洛仑兹力作用，沿垂直于磁力线方向运动(如图3所示)．这些电子运动路径长，增加了气体分子磁撞的机会，使气体的电离几率增加，进而增大了溅射速率．
图2矩形平面靶的结构
图3靶表面由磁场构成的封闭环形跑道
矩形平面靶的特点是结构简单，通用性强，膜层均匀性与重复性好．但缺点是靶材的利用率低，一般约为20%［2］左右．当辉光区，即磁力线分布区域的靶材消耗到一定程度时，将形成条形凹坑，靶材体变薄，凹坑深度达到一定程度时，靶材就不能继续使用．
3.2同轴圆柱形磁控溅射靶
同轴圆柱形磁控溅射靶如图4所示［2］，磁力线平行于靶表面，并与电场E正交．磁力线与靶表面封闭的空间就是约束电子运动的等离子区域．该区域为一环形空间，由图可以看出，同轴圆柱形磁控溅射靶有多个环形空间．
同轴圆柱形磁控测射靶的优点是结构紧凑，靶材利用率较平面矩形靶高．但缺点是在溅射时，整个靶表面上为多个辉光环，不能形成连续的条形辉光，故在镀制大面积的膜层时，膜层表面的均匀性差，很难满足要求．
4圆柱形、平面式磁控溅射靶的设计思路
4.1原理
把矩形平面磁控靶的结构原理应用到圆柱形磁控溅射靶中，设计的磁控溅射靶称为圆柱形、平面式磁控溅射靶．它兼有平面矩形靶和同轴圆柱靶两者的优点．即镀膜的均匀性好，和靶材利用率较高．
将两个矩形平面靶绕X轴(见图2)卷曲成半圆形，并将其合扰，如图5所示，即初步完成了平面矩形靶向圆柱形、平面式磁控溅射靶的演变．X轴变成了轴心线，磁力线在圆柱体的表面上形成了4条封闭的空间，即约束二次电子e1运动的等离子区域．4.2要解决的技术问题
在把矩形平面靶演变成圆柱形、平面式靶的过程中，矩形平面靶中沿X轴方向布置的磁铁变成了圆柱形、平面式靶中沿轴线方向分布的磁铁．而平面矩形靶中垂直于X 轴的端头磁铁A端从理论上讲，应变成圆环形磁铁A环，而且其充磁方向应该是圆环内表面和外表面，即内外表面应分别为S极和N极，如图6所示．然而，这种充磁方法几乎是办不到的．因此，设计圆柱形、平面式磁控溅射靶，解决两端的磁场问题是成功的关键．
图4同轴圆柱形磁控靶的磁铁布置
图5圆柱形、平面式磁控溅射靶的磁铁布置
图6理想环形磁铁的充磁方向
图7轴向充磁的磁铁与极靴
如图7所示，采用同轴圆柱形磁控溅射靶中磁铁与极靴的原理，即用轴向充磁的环形磁铁(两端面分别为S极和N极)，在端面加一导磁材料制做的环形“极靴”，根据磁力线沿表面分布这一特点可知：这时磁力线是沿“极靴”的外圆表面发射的，即“极靴”代替了磁铁的一个磁极．而“极靴”的外圆表面发射的磁力线，正好与所希望的理想环形磁铁的磁力线方向相同．由此可知，用同轴圆柱形磁控溅射靶中磁铁与极靴的原理，可解决圆柱形、平面式磁控溅射靶端部磁场与中间段磁场的连接问题．
图8平面矩形靶的环状腐蚀凹坑
图9圆柱形、平面式磁控靶的环状腐蚀凹坑
5圆柱形、平面式磁控溅射靶与矩形靶工作状况对比
平面矩形靶在靶面上形成一条封闭的环形辉光带，随着靶材的消耗，在靶材表面上形成与辉光区对应的环状腐蚀凹坑(如图8所示)．
圆柱形、平面式磁控溅射靶在靶面上形成两组(四条)对称的封闭的环形辉光带，随着靶材的消耗，将在靶材表面上形成与辉光区对应的环状腐蚀凹坑(如图9所示)．
6圆柱形、平面式磁控溅射靶的优势
与其它形式的磁控溅射靶相比，圆柱形、平面式磁控溅射靶在保留了矩形平面靶镀膜均匀性好的优点的同时，可通过以下两条途径最大限度地提高靶材的利用率，(1)当靶材表面的2组(四条)环状凹坑达到一定深度时，可将靶芯(磁体部分)相对靶管旋转45°，这样就可以对靶管上另外没有腐蚀过的区域进行利用；(2)当圆柱形、平面式磁控溅射靶的靶芯设计成转靶芯时，(溅射时靶芯在旋转)，可将靶材表面一层一层均匀地溅射掉，而不会产生凹坑，此时，靶材将得到最有效的利用，靶材的利用率可达50%～60%．当靶材为贵重金属材料时，这无疑是具有重大意义的［2］．
7结论
通过采用同轴圆柱形磁控溅射靶中磁铁与靴的原理来解决端部磁场问题，可以将矩形平面靶演变成圆柱形、平面式磁控溅射靶．该靶在保留矩形平面靶镀膜均匀性好的情况下，可最大限度地提高靶材的利用率．从而提高经济效益．。