磁控溅射在PET上制备Fe薄膜及性能研究

随着自旋电子学的发展，在各种衬底上制备导电薄膜成为越来越多人研究的内容，基于柔性材料PET 耐高温、价格便宜、资源丰富等优良特性，在柔性衬底PET 材料上，通过磁控溅射的技术，以Fe 为靶材制备薄膜，通过研究不同溅射时间对薄膜X 射线衍射图谱的不同，我们得出溅射时间对薄膜的结构形成并无明显的影响，鉴于这一实验结果，我们制定下一步实验计划，研究溅射压强对薄膜影响。

引言：柔性导电透明薄膜具有重量小、体积占比小、易于折叠和方便携带的特点，在生活中，已经被广泛地应用在塑料薄膜太阳能电池、不易碎热反射镜、液晶显示屏和一些柔性的电光材料等领域。

对于导电薄膜的制备，通常会在薄膜额材料和衬底的材料两方面进行选择，由于我们研究的是柔性衬底上制备透明导电薄膜，对于薄膜材料，我们需要其具有良好的光电性能的同时，还要关注其有无毒性、资源的价格和制作成本等特点；对于衬底的选择，我们要求其成膜温度尽可能低，这就要求所选用的柔性衬底需要具有耐高温的特性，另外对其透明性也有一定的要求，透明度越高越好。

自旋电子学，也被称为自旋电子，是本征的研究自旋的电子和其相关联的磁矩，除了其基本电子电荷，在固态设备。

自旋电子学与传统电子学的根本区别在于，除电荷状态外，电子自旋还被用作进一步的自由度，对数据存储和传输的效率有影响。

自旋电子系统通常在稀磁半导体（DMS ）和赫斯勒合金中实现，并且在量子计算领域中特别受关注。

近年来，自旋电子学的不断发展，人们已经发现自旋电子学相关的特性及使用场景，这使得对自旋电子学相关的薄膜特性研究变得更加急需，本文从自旋电子学和柔性薄膜材料两个角度结合考虑，使用磁控溅射技术在PET 薄膜上制备Fe 薄膜，进而研究溅射时间对薄膜性能的影响，并得出相关结论。

1.研究现状
周强等人在PET 柔性衬底上做了薄膜沉积的实验，其在室温下在PET 通过沉积实验，成功制备了具有低电阻率的CdO 导电薄膜，经过实验验证，该薄膜具有良好的导电能力和不错的结晶能力，但实验验证其薄膜的波长透过性能指标不高，从而得出薄膜不能在发光器件及全色显示中应用的结论。

王新在玻璃衬底和柔性PET 衬底上做了薄膜沉积实验，其实验中在相同的环境下，制备了导电ITO 薄膜，进而对比在不同衬底不同的情况下，薄膜特性会不会发生大的差异。

通过分别对其实验制备薄膜的结构和光学特性及电学性能的分析，关于生长性质的比较，PET 衬底上生长的薄膜样品性质相比玻璃衬底上生长的薄膜样品有稍许的差距，但差别很小；关于透光率的分析，PET 衬底上生长的ITO 薄膜透光率高达87%，此性能远远高于在玻璃衬底上生长的ITO 薄膜的透光率，并且PET 在导电方面也非常优秀，电阻率可以达到4.7×10-4。

刘汉法在水冷柔性PET 衬底上做了薄膜沉积实验，其在室温下在水冷柔性PET 衬底上，通过改变溅射压强，制备了高质量的TZO 导电透明薄膜。

经过实验结果分析，发现溅射压强对柔性TZO 薄膜的结构、应力、电光学特性均会产生不同程度地影响。

在分析薄膜的结构特性后，发现柔性TZO 薄膜是六角纤锌矿结构的多晶膜，该结构C 轴择优取向。

溅射压强为5Pa 是制备的TZO 薄膜具有最小的电阻率，所有样品的可见光光学透过率均大于91%，溅射压强为6Pa 时样品薄膜的应力最小为0.785GPa 。

实验制备的柔性PET 衬底TZO 透明导电薄膜在柔性液晶显示屏、塑料薄膜太阳能电池和柔性电光学器件领域有很好地应用前景。

2.实验
关于磁控溅射技术，我们可将其划分成三类，射频磁控溅射技术、直流磁控溅射技术及中频磁控溅射技术。

射频磁控溅射的电流很大，这使得溅射速率高，膜层和基体的附着力较强，电子向基片的入射能量较低，进而避免基片温度偏高的问题，由于装置结构等复杂多样，其设备也要求与屏蔽、绝缘、电极冷及复杂的相关的网络等部件一同使用，这种结构设计就造成射频磁控溅射仪器的费用成本偏高，故不经常用于工业生产当中。

相较射频磁控溅射，直流磁控溅射的装置要简单的多，通常在300～1000V ，特点是溅射速率快，造价低，后期维修保养便宜。

但只能溅射金属靶材，如果靶材是绝缘体，随着溅射的深入，靶材会聚集大量的电荷，导致溅射无法继续。

因此对于金属靶材通常用直流磁控溅射，由于造价便宜，结构简单，没有复杂的网络匹配装置和昂贵的射频电源装置，这使得它的价格相对低廉，在工业上已经得到了大量使用。

但是其不可忽略关键问题是，在其使用过程中，靶中毒的现象时有发生，故这就要求在制备过程中，要对其反应气体流量的进一步把控。

中频磁控溅射的电源价格比射频磁控溅射低，靶材为平面靶或者旋转靶，对靶材材质没有要求，制备时有较高的利用率，经过研究发现，关于其靶材的最高利用率，可达到70%以上，
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南京邮电大学 李令斌 张 超 叶 帅
磁控溅射在PET 上制备Fe
薄膜及性能研究
下，发射机功率输出故障原因在于发射机内部电路异常。

当事故发生后发射机内的控制板信号发生转变，电平逐渐升高，电阻信号呈现饱和趋势。

这时候发出的信号电位低，不具备信号功率，信号在输出过程中遭遇阻碍，难以进行输出工作。

发射机一旦出现功率输出故障维修人员要及时更换电器，避免出现不良后果。

3.2 缓冲放大器故障
发射机中的缓冲放大器可以进行信号转化，将普通信号转化为正弦信号，并且还能调整电平，保证电平符合工作标准。

缓冲放大器发生故障时会对电平产生影响。

这时候的电平位置发生偏移。

维修人员进行缓冲放大器故障处理时要认真检查面板情况，观察面板元件是否有坏损，并且具体分析面板元件的损害程度做出具体的工作安排。

维修人员根据发射机的运行状态进行故障分析。

当电路内部产生故障发射机仍可进行工作时要具体检查推动器状态。

缓冲放大器发生故障一般会伴随有漏电现象，维修人员要及时控制态势，更换电路做好修复工作。

4.中波广播发射机维护工作
中波广播发射机在工作过程中不可避免的出现事故，我们要做好日常维护工作，减少故障发生率、保证发射机正常工作运行。

4.1 定期清理部件灰尘，做好清洁工作
发射机与空气接触，空气中含有大量的灰尘长期以来发射机内部会聚集灰尘。

灰尘积累到一定的程度会减缓部件工作速度，引发电路短路。

发射机内部件众多，且多为精密部件。

这就要求维修技术人员定期进行灰尘清理工作，要保证工作的细致认真，清理发射机内部的精密器件。

一些部件的积灰现象严重，要有针对性地进行清理工作。

维修技术人员制定相关机制，统一清理时间，把握清理日期之间的时间间隔，保证元件运行。

4.2 设置专门人员，做好设备开关检查工作
中波广播发射机机关容易出现老化，但是由于发射机的开关较多，所以开关检查工作存在一定的难度。

管理者要设置专门的人员从事开关检查工作，工作人员要具体检查簧片张力，观察零件的松动情况，测定开关的灵活性。

提高该项工作的重视程度，具备责任心，定时定点的进行开关检查并做好数据记载，一旦发现异常情况要及时上报，以免错过维修的最佳时间。

4.3 及时更新元器件，保证元器件质量
中波广播发射机在运行过程中元器件的损耗较大，维修人员要及时更新元器件。

负责人要做好元器件采购工作，选择正规厂家生产的正规产品保证产品质量。

禁止以权谋私、以次充好现象的发生。

4.4 制定完善的发射机维修工作制度
没有规矩不成方圆，要制定相关工作制度和行为标准为员工提供参考，约束员工行为。

结合具体工作实际制定工作内容，明确规定相关人员职责。

重视维修技术人员的培训工作，定期开展交流会议，为技术人员提供交流学习的机会。

技术人员借此机会弥补自身工作不足。

技术人员要掌握维修知识提高自身维修水平做好
发射机维修工作。

5.结束语
中波广播发射机故障是阻碍发射机运行的潜在隐患，如不及时处理必将造成不可挽回的局面。

维修人员要重视发射机维修工作，定时进行故障排查、消除潜在隐患，保证发射机的正常运行。

作者简介：段海珍（1967—），山西临汾人，大学本科，中级工程师，现供职于山西省新闻出版广电局临汾中波转播台。

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并且其制备时溅射的速率快，它抵御靶中毒的能力很强，且工作稳定，没有打弧现象，溅射速率快。

本论文采用直流磁控溅射技术制备柔性衬底薄膜。

实验靶材选择为铁靶，其靶材纯度为99.9%，选用柔性PET 材料做衬底，溅射气体为氩气（99.995%），反应气体为氮气（99.995%）。

如图1为建设过程的具体流程图，关于磁控溅射环境，其腔体中的压强为 8×10-5Pa ，反应时压强为0.5Pa 。

对于本文所研究的样品，溅射时间作为变量，氮气流量和温度保持不变。

溅射时Fe 靶的电源功率为
100w ，直流溅射时间分别为为7.5min 、15min 、30min 、60min 。

图1 磁控溅射过程流程图
3.结果分析
对于制备的样品，我们采用XRD 技术对其分析。

XRD(X-Ray Diffraction)通常用来对物质晶体结构进行分析。

其原理是X 射线与原子产生相互作用，发生衍射现象，由于晶体的原子结构、排列方式不同，产生的衍射现象也不同。

我们可以通过对其衍射图谱的分
析进而对原子的结构、形态进行研究。

如图2所示，是Fe/PET
薄膜样品的XRD 衍射图谱。

横坐标是2θ，纵坐标是对数坐标。

从衍射图谱中我们可以看到，最强的两个衍射峰分别为Fe 和PET 衬底。

通过比较不同溅射时间的XRD 图谱可知，图谱中显示，在不同的溅射时间下生成的薄膜结构中，衍射峰位置大致相同，故得出结论，溅射时间对薄膜的结构形成并无明显的影响。

鉴于这一实验结果，我们将进行下一步实验，探索溅射时压强对薄膜的形成的影响。

图2 Fe/PET薄膜样品的XRD衍射图谱
作者简介：李令斌（1994—），男，山东蓬莱人，硕士研究生，研究方向：金属导电薄膜性能研究与开发应用。