磁控溅射系统介绍perfect
磁控溅射原理详细介绍课件
氮气（N2）
常与氩气混合使用，用于增加 薄膜的硬度和抗氧化性。
氧气（O2）
用于形成氧化物薄膜，如TiO2 和Al2O3。
选择原则
根据被溅射材料和所需薄膜性 质选择合适的工作气体。
溅射功率与控制
01
02
03
溅射功率
指用于产生溅射的功率， 通常以辉光放电的形式提 供。
控制方法
通过调节辉光放电的电流 或电压来控制溅射功率。
03
放电的物理过程
放电过程中，气体分子在电场中被电离，产生带电粒子，这些带电粒子
在电场中加速运动，与气体分子发生碰撞，使气体分子激发和电离，形
成电子和离子的雪崩效应。
粒子运动与碰撞
带电粒子的运动
在电场中，带电粒子受到电场力 的作用，沿着电场线方向加速运
动。
粒子的碰撞
带电粒子在运动过程中与气体分 子发生碰撞，将动能传递给气体 分子，使气体分子获得足够的能 量以克服束缚力，从原子或分子
磁控溅射原理详细介绍课件
目录
• 磁控溅射原理概述 • 磁控溅射装置与工作原理 • 磁控溅射的物理基础 • 磁控溅射技术参数与控制 • 磁控溅射沉积薄膜性能优化 • 磁控溅射研究前沿与展望
01
磁控溅射原理概述
定义与特性
定义
磁控溅射是一种物理气相沉积技术，通过在真空环境下利用磁场控制电子运动 ，实现高速离子轰击靶材表面，将靶材原子溅射出来并沉积在基材表面形成薄 膜。
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。
磁控溅射镀膜技术综合介绍
一.磁控溅射电镀上世纪80年代开始, 磁控溅射技术得到迅猛的发展, 其应用领域得到了极大的推广。
现在磁控溅射技术已经在镀膜领域占有举足轻重的地位, 在工业生产和科学领域发挥着极大的作用。
正是近来市场上各方面对高质量薄膜日益增长的需要使磁控溅射不断的发展。
在许多方面, 磁控溅射薄膜的表现都比物理蒸发沉积制成的要好；并且在同样的功能下采用磁控溅射技术制得的可以比采用其他技术制得的要厚。
因此, 磁控溅射技术在许多应用领域涉及制造硬的、抗磨损的、低摩擦的、抗腐蚀的、装潢的以及光电学薄膜等方面具有重要是影响。
磁控溅射技术得以广泛的应用,是由该技术有别于其它镀膜方法的特点所决定的。
其特点可归纳为:可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料,涉及各种金属、半导体、铁磁材料,以及绝缘的氧化物、陶瓷等物质,特别适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积所需组分的混合物、化合物薄膜;在溅射的放电气中加入氧、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;控制真空室中的气压、溅射功率,基本上可获得稳定的沉积速率,通过精确地控制溅射镀膜时间,容易获得均匀的高精度的膜厚,且反复性好;溅射粒子几乎不受重力影响,靶材与基片位置可自由安排;基片与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时高能量使基片只要较低的温度即可得到结晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生产厚度10nm以下的极薄连续膜。
1.磁控溅射工作原理:磁控溅射属于辉光放电范畴, 运用阴极溅射原理进行镀膜。
膜层粒子来源于辉光放电中, 氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。
氩离子将靶材原子溅射下来后,沉积到元件表面形成所需膜层。
磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹, 使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动, 因而大大增长了与气体分子碰撞的几率。
用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶), 使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。
广东+五邑大学+唐秀凤磁 控溅射原理原理
3磁控溅射具体应用和相关
1，化学气象沉积（CVD） 2,光学镀膜 3，透明导电膜
3 磁控溅射具体应用和相关
N
磁场线
N S
N N S N S N N N N
N
刻蚀区 电子轨迹 靶材 N S 磁 轭 N
3磁控溅射具体应用和相关
磁 场 均 匀 性 不 好
谢谢大家
磁控溅射制薄膜原理
磁控溅射原理基础知识介绍
1 磁控溅射定义
2 磁控溅射的物理原理 3 磁控溅射具体应用
1磁控溅射定义
1.1 磁控溅射制备薄膜原理 在真空环境下，通过电压和磁场的共同作 用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击， 致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并 沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源 的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅 射。
1磁控溅射定义
类似于打保龄球
1磁控溅射定义
1磁控溅射定义
2磁控溅射的物理原理
2.1 示意图
2磁控溅射的物理原理
形成条件： 1，适当的真空条件 2，适量的工艺气体 3，一定的电势差 4，一定的磁场强度
思考题：如果电磁和磁场是平
行而非正交会发生什么样的情况？
磁 控 溅 射 简 介
溅射示意图
溅射后的现象
二次电子 基本离子 背散射颗粒 气体解吸
溅射颗粒
非晶层
化合物形成 冲撞链 震动波 点缺陷 热链 1kev的离子能量下，溅射出的中性粒子，二次电子和二次离子之比约为1000：10： 1kev的离子能量下，溅射出的中性粒子，二次电子和二次离子之比约为1000：10：1 的离子能量下 1000 注入原子
磁控溅射简介
许 健
引言
1842年格洛夫（Grove） 1842年格洛夫（Grove）在实验室中发现了阴 年格洛夫 极溅射现象。迄后70年中， 70年中 极溅射现象。迄后70年中，由于实验条件的 限制， 限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不清 状态。1970年后出现了磁控溅射技术 年后出现了磁控溅射技术。 状态。1970年后出现了磁控溅射技术。最近 15年来 进一步发展了一系列新的溅射技术， 年来， 15年来，进一步发展了一系列新的溅射技术， 使得磁控溅射技术从实验室应用技术真正地 进入工业化大量生产的应用领域。 进入工业化大量生产的应用领域。
磁控溅射靶表面的磁场和电子运动的轨迹
磁控溅射－工作示意图
基体 镀 层 从目标中喷出的表面原 子 电场
磁场 向目标运动的加速氩离 子 磁控溅射阴极 靶 磁极
磁控溅射－工作示意图
磁控溅射装置实物图
磁控溅射装置实物图
磁控溅射装置示意图
真空控制系统 溅射系统 --真空控制系统
气体流出阀
plug-in boards valve 机械泵 分子泵 充气阀
磁控溅射靶表面的磁场和电子运动的轨迹基体电场磁场磁极磁控溅射阴极磁控溅射工作示意图磁控溅射工作示意图真空控制系统真空控制系统机械泵机械泵分子泵分子泵气体流出阀气体流出阀pluginboardsvalve充气阀充气阀混合真空计混合真空计真空腔内压强真空腔内压强物质流量控制计物质流量控制计气体溅射流量气体溅射流量基板温度基板温度最大电压最大电压温度温度电流电流电压电压cds9999直径为76mm厚度为32mm
磁控溅射原理详细介绍
图1 溅射率与Ar气压强的关系
5
第一部分 真空镀膜基础
1.3 €è•þˆ?ŒÊƒ6
(2)沉积薄膜的纯度 (2)沉积薄膜的纯度 为了提高沉积薄膜的纯度，必须尽量减少沉积到基片上的杂质的量。这里所说的杂质主要是指真空 室的残余气体。因为通常有约百分之几的溅射气体分子注入沉积薄膜中，特别是在基片加偏压时。欲降 低残余气体压力，提高薄膜的纯度，可采取提高本底真空度和增加送氢量这两项有效措施。 (3)沉积过程中的污染 (3)沉积过程中的污染 众所周知，在通入溅射气体之前，把真空室内的压强降低到高真空区内是很有必要的，因此原有 工作气体的分压极低。即便如此，仍可存在许多污染源: (a)真空室壁和真空室中的其他零件可能会有吸附气体，如水蒸气和二氧化碳等。由于辉光放电中 电子和离子的轰击作用，这些气体可能重新释出。因此，可能接触辉光的一切表面都必须在沉积过程中 适当冷却，以便使其在沉积的最初几分钟内达到热平衡。 (b)在溅射气压下，扩散泵抽气效力很低，扩散泵油的回流现象十分严重。由于阻尼器各板间的距 离相当于此压强下平均自由程的若干倍，故仅靠阻尼器将不足以阻止这些气体进入真空室。因此，通常 需要在放电区与阻尼器之间进行某种形式的气体调节，例如在系统中利用高真空阀门作为节气阀，即可 轻易地解决这一问题。另外，如果将阻尼器与涡轮分子泵结合起来，代替扩散泵，将会消除这种污染。 (C)基片表面的颗粒物质将会使薄膜产生针孔和形成沉积污染，因此，沉积前应对基片进行彻底清 洗，尽可能保证基片不受污染或不携带微粒状污染物。
9
第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
使真空容器中Ar气的压力保持为，并逐渐提高两个电极 之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为 这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子 在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图2(b) 中曲线的开始阶段所示的那样。 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快， 即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱 和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个 饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子 之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路 转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于 阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加 到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生 电离，如图2(a)所示。这些过程均产生新的离子和电子，即 碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随着放电 电流的迅速增加，电压的变化却不大。这一放电阶段称为汤 汤 生放电。 生放电 在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这 时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电 晕光斑。因此，这一阶段称为电晕放电 电晕放电。 电晕放电
磁控溅射
磁控溅射杨洋（湖北大学物理学与电子技术学院，武汉201210）摘要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。
在各种溅射镀膜技术中，磁控溅射技术是最重要的技术之一，它在等离子体产生、维持以及效率方面与其他技术相比都有了很大的改进，较易获得高的沉积速率，致密性与结合力更好的薄膜，因此在机械、光学和电子行业得到了广泛的应用。
近些年来，关于磁控放电的理论得到广泛的研究，主要包括磁场结构的分析以及物理机制讨论。
在磁场放电区域，电子被限制在磁力线平行于阴极表面的位置，从而产生出高电离化的背景气体。
在这个区域产生的离子被加速运动的过程中，又会受到电子和离子的碰撞同时产生出二次电子来维持放电。
在磁控溅射系统中，由于特殊的磁场结构，靶材表面的磁场分布以及离子分布是不均匀的，从而导致刻蚀的不均匀性，这对于靶的利用率是一个极大的限制，因此针对于靶面粒子分布以及刻蚀形貌的研究具有很重要的指导意义，而最有效的方法就是通过计算机建立模型仿真。
关键词：磁控溅射，电磁场，靶1、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。
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%。
吉林平衡磁控溅射原理
吉林平衡磁控溅射原理一、前言吉林平衡磁控溅射技术是一种新型的表面处理技术，其在表面涂覆、金属化、陶瓷化等方面有着广泛的应用。
本文将从吉林平衡磁控溅射原理的基本概念、设备构造、工艺流程和应用等方面进行详细介绍。
二、基本概念1. 磁控溅射磁控溅射是利用高能离子轰击靶材表面，使靶材原子或分子脱离并沉积在基板上形成薄膜的一种表面处理技术。
在磁场作用下，靶材表面被电子轰击后，释放出的原子或分子被加速并沉积在基板上。
2. 平衡磁控溅射平衡磁控溅射是指通过调节气体流量、功率密度和靶材距离等参数来实现稳定沉积速率和均匀沉积厚度的一种磁控溅射技术。
相比传统的磁控溅射技术，平衡磁控溅射技术具有更高的沉积速率和更好的膜层均匀性。
三、设备构造吉林平衡磁控溅射设备主要由真空室、气体供给系统、靶材支架、基板支架、磁控系统和电源等组成。
1. 真空室真空室是吉林平衡磁控溅射设备的核心部分，其主要作用是提供一个高度真空的环境，以保证沉积过程中的稳定性。
真空室一般采用不锈钢材料制作，内部表面光洁度高，以避免对沉积膜层产生影响。
2. 气体供给系统气体供给系统主要提供工艺所需的气体，并通过调节气体流量来实现沉积速率和膜层均匀性的控制。
气体供给系统一般包括气源、流量计和阀门等组件。
3. 靶材支架靶材支架是将靶材固定在真空室内并与电源相连的装置。
靶材支架一般采用铜或铝制作，其表面必须保持光洁度，以保证沉积膜层的质量。
4. 基板支架基板支架是将待处理的基板固定在真空室内的装置。
基板支架一般采用不锈钢材料制作，其表面必须保持光洁度，以避免对沉积膜层产生影响。
5. 磁控系统磁控系统主要是通过调节磁场强度和方向来控制离子轰击靶材表面的能量和方向。
磁控系统一般由永磁体和电磁体组成，其结构复杂，需要精确调节。
6. 电源电源主要是为靶材提供高频或直流电能，并通过调节功率密度来控制沉积速率和膜层均匀性。
电源一般采用高频或直流电源，其输出功率可达数千瓦。
四、工艺流程吉林平衡磁控溅射工艺流程包括预处理、真空抽气、气体灌注、沉积、退火和后处理等步骤。
《磁控溅射工艺简介》课件
与旋涂法、喷涂法等技术相比，薄膜质量更均匀、富于粘附力
3 制备材料种类广泛
可以沉积多种单金属材料、合金材料、复合材料
磁控溅射工艺设备和材料
1
靶材
靶材的物理性质是影响溅射沉积物及制备薄膜质量的主要因素
2
溅射设备
常见的溅射设备有平板型、同轴型、磁控隔离型、真空电弧离子镀等
3
衬底
影响沉积物与衬底之间的结合力，应匹配靶材和涂料。
磁控溅射工艺的工艺流程来自前处理沉积过程表面清洗和处理，消除表面缺陷。
喷射气体来形成气体击穿，形成 高能粒子撞击靶材表面所产生的 离子，将靶材材料沉积于衬底上
后处理
包括退火、薄膜表面处理、测厚 回火硬化等。
磁控溅射工艺的发展前景
工艺创新
磁控溅射正在不断被改进，通过改变靶材材料、改 变沉积时间以及扩大系统的尺寸，工艺将日益得到 完善和成熟。
新材料制备挑战
难以制备的材料，如功能性陶瓷、石墨烯等，成为 新的探索方向和研究热点，磁控溅射将在材料制备 技术中继续发挥重要作用。
磁控溅射工艺的应用领域
微电子领域
微电子元器件、TFT-LCD中的透明电极、光存储 器芯片存储材料
太阳能电池领域
提高太阳能电池转换效率的反射膜
表面工程领域
镀膜、切削刀具镀层、防护涂料
生物医学领域
医用材料表面涂层，如人工心脏瓣膜
磁控溅射工艺的优点
1 制备工艺简单
工艺流程简单、设备负荷小、较易实现工业生产
磁控溅射工艺简介
磁控溅射是一种全球广泛应用的薄膜制备技术，它通过高能离子轰击靶材表 面，使原子或离子从靶材表面剥离并沉积在制备基材上，达到薄膜沉积的目 的。
磁控溅射工艺的原理和特点
磁控溅射工艺简介PPT演示文稿
2014.6.6
1
一、名词解释
尖端放电：
通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负 电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电 离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空 气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。 由于同种电荷相互排斥, 导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来 分布是不均匀的(图2)，导体尖端的电荷特别密集, 所以尖端附近空气中的电 场特别强, 使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击 空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现 象.
4
一、名词解释
• Sputter溅镀定义： • 在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中
正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积 于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应面产生 的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV光（紫外光）、可见光……等物质， 而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma）。下图为Sputter溅镀模型（类似打台球模 型）：
5
二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
磁控溅射原理详细介绍20页PPT
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
Hale Waihona Puke
磁控溅射介绍
在玻璃上贴膜，这种膜的透光性非常高，以至于 看不出有任何改变，就能达到夏季隔热、冬季保 温、居住安全的目的。
在光学存储领域,光盘存储自推出以来技术不断更新, 磁控溅射也从镀制CD2ROM的Al及CD2R的Au或Ag 的光反射层,到CD2RW中镀制ZnS2SiO2/GeSbTe(或 AgInSbTe)/ZnS2SiO2/Al多层结构光记录媒介膜。 目前随着对光存储的需求大幅度的增加,磁控溅射在 光学存储领域将发挥更大的作用
磁控溅射镀膜技术 的发展和应用
刘永
随着材料科学的发展，近年来薄膜材料作为一种重 要的分支从过去体材料一统天下的局面脱颖而出。如 过去需要纵多体材料组合才能实现的功能，现在仅需 几块电路板或一块集成电路板就能完成。薄膜技术将 各种不同的材料灵活的复合在一起，具有异特性的复 杂材料体系，发挥每种材料各自的优势，避免优单一 材料局限性。薄膜的应用越来越广，因此薄膜的制备 研究非常重要。 薄膜的制备方法有物理、化学法。物理法指在真空 下，采用各种物理方法将固态镀膜材料转化为原子、 分子或离子的气相物质后再沉积于基体表面，从而形 成固体薄膜的一类薄膜制备方法。由于粒子发射可以 采用不同的方式，因而物理气相沉积技术可以呈现出 不同的形式，主要有 真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子 镀膜，束流沉积等几种形式。
磁控溅射:：
磁控溅射的优点 ：
a)
b)
c)
d)
由于电子运动路径大大延长，显著提高阴极位降区 的电子密度，所以使溅射气压降低，且降低了薄膜 污染的可能性； 电子运动路径变长，Ar原子电离率增大，溅射速率 高 电子只有能量耗尽时才运动到基片，基片温度升高 不大，可以减少衬底损伤，降低沉积温度； 易实现在塑料等衬底上的薄膜低温沉积射和自溅射技术因其具 备很大的潜力而被业界所重视。究其原因就是高速 率溅射和自溅射中，其溅射材料具有较高的离化率； 溅射材料的大量电离可以减少，甚至消除对惰性气 体的需求，从而大大改善了沉积膜层的结构：可以 大大缩短薄膜形成的时间，从而提高工业应用的效 率。 在高速率溅射系统中如果不存在惰性气体，就 称为自溅射。自溅射过程中由于没有惰性气体的参 与，在 很大程度上影响了膜层的生长过程以及其结 构成分；并且在制取合金或混 合物薄膜时，自溅射 还可以促进溅射 粒子化学反应的进行。
磁控溅射原理详细介绍
第一部分 真空镀膜基础
1.2 •Ê•ã‘Xƒ€•#•Ê•ã 时间
向表面碰撞的分子，失去动能被表面所吸附或反射回到空间中去，被吸附的分子同固体之间或在其 自身的内部通过能量的再分配，最后稳定于某一水平面上。被吸附的分子在表面停留期间有时会得到解 吸活化能而从表面上脱附，再回至lJ空间去，其解吸的几率可以根据物理吸附和化学吸附分别予以考虑。 产生物理吸附的几率称为冷凝系数，产生化学吸附的几率称为粘着几率。就气体而言，冷凝系数介于0. 1和1之间;就蒸发金属而言，可近似考虑为1;清洁金属表面的粘着几率在0.1和1的范围内。而且温度越 高，粘着几率越小。 被吸附的气体分子停留在表面上的时间，可通过平均吸附时间(即从吸附到表面至从表面解吸所需 的时间的平均值)来确定。由于与镀膜技术有关的一些金属材料的解吸激活能Ed值均较大，故膜材在基 片上停留时间是较长的。
3
第一部分 真空镀膜基础
1.3 €è•þˆ?ŒÊƒ6
薄膜在基片上的成长过程可以通过电子显微镜来观察。当入射的膜材蒸汽在基片上凝结时，最初出现 大量晶核。例如在300度时向岩盐上蒸镀金，每平方厘米面积上可以产生大约10的11次方个晶核，核的大 小约为2nm，而且这些晶核在基片表面上随机分布，它们之间的距离为30nm。然后，晶核继续长大，但 数量并不显著增多，入射原子在表面上的自由移动，并把已有的晶核连接起来，并反射或吸解掉成核位置 以外的撞击原子。当晶核生长到相互接触时，即开始合并，这时几何形状和方位迅速发生变化。此时如果 切断入射的膜材蒸汽，合并现象就会停止，但是己经合并的晶核，其合并过程仍会继续进行。 一个晶核的再结晶过程对于确定最终的薄膜结构非常重要。再结晶的程度和消失的晶向，一定程度取决于 有关晶核的大小。一般来说是较大的晶核吃掉较小的晶核。 当结晶不断接合时，就构成了一种网膜，网膜上分布着不规则的形状开口。当膜的平均厚度进一步增 加时，网膜就发展成为连续的薄膜。这时入射膜材的原子即开始撞击同类原子，其结合能即可提高，因此 反射或解吸现象明显减少。膜的生长在蒸发与溅射两种不同工艺中是不同的。一般来说，就最初所成的孤 立的晶核结构而言，溅射法晶核形状小，数目多，密度大。
磁控溅射法
磁控溅射法
磁控溅射法是一种物理学术语，又称磁控溅射质谱（MS）技术，
它是一种用于离子密度分析和分子数量分析的常用技术。
它能够将原
始样品加热分解成原子和分子，通过磁场加速器将其加速到电离态，
然后将其分解得到原子和分子，并用特定的化学反应来生成合成的化
合物。
磁控溅射法的研究应用可以追溯到上世纪六十年代，但它目前
仍然是一种很重要的分析技术。
使用这种技术，可以获得质谱中质量数据和活性数据，用于分析
和诊断样本中的特定分子。
通常，为了获得有用的信息，研究者设置
了特定的实验参数，用来控制离子的强度，频率，磁场的强度等因素，这些参数直接影响结果的准确性和可靠性。
同样，对于特定的化学反应，需要使用正确的参数去激发和操纵结构动力学，也可以为研究者
提供正确的结果。
磁控溅射技术能够获得原子和分子的高分辨率质谱数据，从而为
研究者提供有效的信息。
它被广泛应用于生物医学研究，分子生物学
研究，分析化学研究，物质特征描述和药物发现等多个领域，并已经
取得了重要的应用和成果。
同时，磁控溅射微量质谱也常用于质量控
制和定量分析，以及结构识别和鉴定物质的分子组成等诸多功能，这
些功能的使用也得到了持续的发展。
磁控溅射技术简介
磁控溅射技术简介
磁控溅射技术是一种先进的表面涂层技术，其基本原理是利用高能离子束轰击目标材料，使其表面原子或分子产生离解，进而形成薄膜层。
该技术可用于制备各种材料的涂层，如金属、合金、陶瓷、有机物等，具有高硬度、高密度、优良的抗腐蚀性和耐磨性等特点。
磁控溅射技术的主要设备包括磁控溅射装置、真空系统和离子束源等。
其中，磁控溅射装置是核心部件，由磁控阴极、阳极、磁场、溅射材料和基底等组成。
在真空系统的作用下，通过加热、通电等方式，将溅射材料的原子或分子释放出来，经过离子束的轰击和磁场的作用，最终在基底上形成薄膜层。
磁控溅射技术具有较高的薄膜制备效率和较好的膜质量，适用于制备各种材料的涂层，如硬质合金、钛合金、钢铁、陶瓷、聚合物等。
该技术广泛应用于航空、航天、电子、机械等领域，是现代制造业中不可或缺的重要技术之一。
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磁控溅射的基本原理
磁控溅射的基本原理
磁控溅射是一种常用的表面涂层技术，其基本原理是利用磁场控制金属靶材的粒子运动，使其与气体离子发生碰撞，从而产生溅射现象。
具体来说，磁控溅射系统通常由以下几个组件构成：金属靶材、磁控源、工作气体、基底材料和真空腔体。
首先，靶材作为溅射的源头，通常是由所需涂层材料制成。
磁控源则通过施加磁场，使靶材表面的金属原子形成粒子流，这个粒子流称为溅射束。
施加磁场的目的是聚焦和加速溅射粒子，提高溅射效率。
然后，工作气体被引入真空腔体中，并与磁控源产生的溅射束发生碰撞。
这个工作气体通常是惰性气体，如氩气，它的作用是激发靶材表面的金属原子，并将其释放到气氛中。
释放的金属原子很快与基底材料表面的原子结合，形成所需的涂层。
基底材料可以是任何需要被涂层的物体表面，如金属件、玻璃器皿等。
通过控制溅射时间和气氛控制等参数，可以调节涂层的厚度和质量。
总的来说，磁控溅射的基本原理是利用磁场控制金属靶材的溅射束，使其与工作气体发生碰撞并释放金属原子，从而形成涂层。
这一技术在材料加工、光学涂层、硬质涂层等领域有着广泛的应用。
高真空磁控溅射镀膜系统介绍
高真空磁控溅射镀膜系统介绍1.设备简介●名称：高真空磁控溅射镀膜系统●型号：JGP560●极限真空：6.60E-05 Pa●最高可控可调温度：500℃（1个样品位）●3个靶位，8个样品位2.真空简介●真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。
在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。
事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压强小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。
1真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。
目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。
●我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。
●高真空的获得油扩散泵的结构●真空镀膜●真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象。
●真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起来的离子镀膜。
3.磁控溅射镀膜原理介绍●磁控溅射法是一种较为常用的物理沉积法。
磁控溅射是在真空室中，利用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶表面，并利用环状磁场控制辉光放电，使溅射出的粒子沉积在基片上。
磁控溅射可以方便地制取高熔点物质的薄膜，在很大面积上可以制取均匀的膜层。
●磁控溅射工艺流程在镀膜过程中，工艺的选择对薄膜的性能具有重要的影响，根据磁控溅射技术原理，结合设备的实际应用，制定工艺流程如图1●膜层的要求磁控溅射膜层的沉积是物理气相沉积。
膜层厚度范围为nm～μm数量级，膜厚＜550nm，对光有干涉作用，属于薄膜范畴，通常称薄膜技术。
太阳能集热管内管外壁镀膜是采用属于物理气相沉积技术的磁控溅射镀获得太阳光谱选择吸收薄膜。
●磁控溅射镀磁控溅射镀特点➢溅射速率高，沉积速率高➢磁控溅射阴极源是一个较为理想的可控源，沉积的膜层厚度与溅射源的功率或放电电流有较好的线性相关性，所以有较好的可控性，能较好地实现批量生产产品的一致性和重复性。
磁控溅射原理与应用
距离与速度及附着力
为了得到最大的沉积速率并提高膜层的附着力，在保证不会 破坏辉光放电自身的前提下基片应当尽可能放置在离阴极最 近的地方。溅射粒子和气体分子(及离子)的平均自由程也会 在其中发挥作用。当增加基片与阴极之间的距离，碰撞的几 率也会增加，这样溅射粒子到达基片时所具有的能力就会减 少。所以，为了得到最大的沉积速率和最好的附着力，基片 必须尽可能地放置在靠近阴极的位置上
磁场
用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上保持一致，而且 磁场强度应当合适。磁场不均匀就会产生不均匀的膜层。磁 场强度如果不适当(比如过低)，那么即使磁场强度一致也会 导致膜层沉积速率低下，而且可能在螺栓头处发生溅射。这 就会使膜层受到污染。如果磁场强度过高，可能在开始的时 候沉积速率会非常高，但是由于刻蚀区的关系，这个速率会 迅速下降到一个非常低的水平。同样，这个刻蚀区也会造成 靶的利用率比较低。
射频磁控溅射
射频磁控溅射制备薄膜是一种很成熟的技术，起源于上世纪 70年代。通俗的讲就是在真空的状态下，将要溅射的元件等 离子化，然后把这种等离子的类气体涂在薄膜上。也可以把 坚硬的物资涂到柔性以电离的压强范围内如果改变施加的电压，电路中 等离子体的阻抗会随之改变，引起气体中的电流发生变化。 改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子，这些离子碰 撞靶体就可以控制溅射速率
实验结果
通过试验及对结果的分析得出以下结论，在其他参数不变的 情况下，沉积率先增大后减小，在某一个最佳工作气压下， 有一个最大沉积率！！！
谢谢
结束语
谢谢大家聆听！！！
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磁控溅射原理与 应用
秀强磁控溅射镀膜设备的分类
摘要
磁控溅射是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD） 的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体 等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着 力强等优点，而上世纪 70 年代发展起来的磁控溅射法更是 实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅 射，必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极 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。
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一、设备介绍
磁控溅射一般包括直流溅射和射频溅射，其优点
是溅射速率高、均匀性好以及良好的台阶覆盖性。目
前已经成为最常用的一种薄膜制备方法源自适用于多种金属及非金属的薄膜沉积。
应用领域： 1 ）所有类型的金属及介质膜的沉积
（晶片、陶瓷片、玻璃板以及磁头）；2）光学薄膜
及磁性薄膜沉积； 3）脉冲直流电源硬质薄膜沉积以 及等离子放电反应性溅射等。
课题意义
• 磁控溅射是制备薄膜材料的重要的方法，其优点 是靶材的溅射速率高、薄膜的均匀性好以及良好 的台阶覆盖性。目前已经成为实验室和工业上普 遍采用的薄膜制备方法，适用于多种金属及非金 属的薄膜沉积。 • 磁控溅射镀膜是材料科学研究人员及学生应该掌 握的基本技能。但受实验条件、实验成本的限制， 材料物理专业的学生不可能人人亲自动手操作磁 控溅射仪进行薄膜制备实验，因此我们制作了这 套《磁控溅射仪的使用》音像教材，向大家简要 介绍磁控溅射仪的原理，演示实验操作过程，并 说明操作中的注意事项。本教材可供培训、观摩 之用，希望有助于大家实验技能的培养和提高。
基 片
薄膜 物质 输运 能量 输运
块状材料 (靶材)
磁场对溅射的影响
二次电子在加速飞向基片的过程中 受到磁场洛仑茨力的影响，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，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，最终沉积在基片或真空 室内壁及靶源阳极上。 磁控溅射的 特殊之处就是以磁场束缚并延长了 电子的运动路径，从而大大提高了 工作气体的电离率并有效利用了电 子的能量。
磁控溅射音像教材
真空室
观察窗
左操作箱 右操作箱
真空室内靶材 及衬底位置 溅射靶材
靶
起辉
起辉
二、工作原理简绍
磁控溅射装置示意图
溅射原理 ：
高能电子与气体原 子发生碰撞，电离出大 量的正离子和电子，电 子飞向衬底，正离子在 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 子沉积在衬底上成膜。 能量