磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展-郭聪

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磁控溅射的原理及应用

磁控溅射的原理及应用

磁控溅射的原理及应用1. 什么是磁控溅射磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术,通过利用磁场将材料原子或离子从靶材表面释放出来,形成一个薄膜层,沉积在基底表面上的一种方法。

这种方法可以在真空环境中进行,可以用于各种材料包括金属、合金、氧化物等。

2. 磁控溅射的原理磁控溅射的原理基于带电粒子在磁场中的运动规律。

溅射系统通常由一个靶材和一个基底组成,它们被放置在真空室中。

磁控溅射的过程包括以下几个步骤:1.靶材表面被离子轰击,其中的原子或离子被释放出来。

2.磁场控制离子在真空室中的运动轨迹。

3.基底表面上的原子或离子吸附并形成一个薄膜层。

这个过程中,磁场是十分重要的。

磁场会引导离子沿着特定的轨迹运动,使得离子沉积在基底的特定位置上。

磁场还可以控制离子的能量和方向,从而影响薄膜的性质和微结构。

3. 磁控溅射的应用磁控溅射是一种多功能的薄膜沉积技术,广泛应用于各种领域。

3.1 表面涂层磁控溅射可以用于向基底表面沉积各种薄膜层。

这些薄膜层可以具有不同的功能,如防腐、耐磨、导电等。

它们可以用于改善材料的性能和外观。

3.2 光学薄膜磁控溅射可以制备高质量的光学薄膜。

这些薄膜可以应用于光学器件,如镜片、滤光片、反射镜等。

因为磁控溅射是在真空环境中进行的,所以这些光学薄膜可以具有良好的光学性能。

3.3 金属薄膜磁控溅射可以制备金属薄膜。

这些薄膜可以具有高导电性和优良的机械性能,可用于电子器件、导电材料等领域。

3.4 磁性材料磁控溅射还可以制备磁性材料薄膜。

这些薄膜可以具有特定的磁性性能,如高矫顽力、高饱和磁感应强度等。

它们可以应用于磁存储器件、传感器等领域。

4. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜沉积技术,通过利用磁场控制离子运动和沉积位置,可以制备各种功能薄膜。

它在表面涂层、光学薄膜、金属薄膜和磁性材料等领域有着广泛的应用。

磁控溅射技术的发展,为材料科学和工程领域提供了新的可能性,为各种应用提供了高性能的薄膜材料。

磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响

磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响

磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响一、磁控溅射镀膜技术概述磁控溅射技术,作为一种先进的物理气相沉积技术,广泛应用于薄膜制备领域。

该技术通过在高真空环境中,利用磁场和电场的共同作用,使得靶材表面产生等离子体,靶材原子或分子被激发并溅射出来,随后沉积在基底上形成薄膜。

磁控溅射技术因其高沉积速率、良好的膜厚均匀性、较低的沉积温度以及能够制备高纯度薄膜等优点,被广泛用于制备各种高性能薄膜材料。

1.1 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术的核心原理是利用磁场对等离子体中的电子进行约束,形成所谓的“磁镜效应”,使得电子在靶材表面附近形成高密度区域,从而提高溅射效率。

在溅射过程中,靶材原子或分子被等离子体中的离子撞击而逸出,并在电场的作用下飞向基底,沉积形成薄膜。

1.2 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术在多个领域有着广泛的应用,包括但不限于:- 光学薄膜:用于制射镜、增透膜、滤光片等。

- 电子器件:用于制备半导体器件中的绝缘层、导电层等。

- 装饰镀膜:用于制备各种装饰性金属膜。

- 耐磨镀膜:用于提高材料表面的硬度和耐磨性。

二、磁控溅射镀膜工艺参数磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜的性能有着决定性的影响。

这些参数包括溅射功率、溅射气压、溅射气体种类、溅射时间、基底温度等。

通过精确控制这些参数,可以优化薄膜的物理、化学和机械性能。

2.1 溅射功率对薄膜性能的影响溅射功率是影响薄膜性能的关键因素之一。

溅射功率越高,靶材表面的等离子体密度越大,溅射速率也越高。

然而,过高的溅射功率可能导致薄膜内部产生较多的缺陷,如气泡、晶格畸变等,从而影响薄膜的性能。

因此,选择合适的溅射功率对于获得高质量的薄膜至关重要。

2.2 溅射气压对薄膜性能的影响溅射气压同样对薄膜性能有着显著的影响。

较低的溅射气压有利于提高薄膜的致密性,减少薄膜内部的孔隙率,但过低的气压可能导致薄膜生长过程中的原子迁移率降低,影响薄膜的均匀性。

相反,较高的溅射气压可以增加薄膜的沉积速率,但可能会降低薄膜的致密性。

磁控溅射技术的原理及应用

磁控溅射技术的原理及应用

磁控溅射技术的原理及应用1. 磁控溅射技术简介磁控溅射技术是一种常用的薄膜沉积技术,通过将金属靶材溅射生成粒子或原子,在表面形成均匀且致密的薄膜覆盖层。

磁控溅射技术具有高效、环保、可控厚度等特点,广泛应用于材料科学、半导体制造、光学镀膜等领域。

2. 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术基于电离溅射原理,通过磁场控制靶材离子的行为,使其垂直击打到靶材表面,从而产生溅射现象。

主要的原理包括以下几个方面:•靶材电离:在磁控溅射设备中,将靶材通电,使其产生离子。

电离的方式包括直流电离、射频电离等,通过电离可使靶材中的金属原子或粒子脱离束缚并形成等离子体。

•磁场控制:通过磁铁或电磁铁产生磁场,使得等离子体中的离子在磁场的作用下呈现螺旋轨道运动。

磁场对离子运动的控制可改变其飞行路径,使其垂直击打到靶材表面,并增加溅射效率。

•沉积膜形成:靶材表面被离子击打后,产生大量的金属原子或粒子,它们在靶材表面扩散并沉积形成均匀的薄膜。

溅射过程中的离子能量、离子束流密度等参数的调控可以影响薄膜的组成、结构和性能。

3. 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术具有广泛的应用领域和潜力,主要包括以下几个方面:3.1 材料科学•薄膜制备:磁控溅射技术可以制备各种材料的薄膜,如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

这些薄膜具有良好的致密性和附着力,在材料科学领域中起着重要作用。

•合金制备:通过磁控溅射技术,可以将两种或多种材料溅射在一起,制备出各种复合材料或合金。

这些合金具有独特的力学、电磁等性能,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

3.2 半导体制造•集成电路制备:磁控溅射技术可以制备半导体材料的薄膜,作为集成电路的关键材料。

薄膜的制备过程中可以调控其成分和结构,从而改变其电学、光学等性能,满足集成电路的需求。

•光罩制备:在半导体工艺中,磁控溅射技术还可以制备光罩。

光罩是半导体制造中的重要工艺设备,用于制作集成电路的图案,对半导体工艺的精度和稳定性要求非常高。

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

ZnO薄膜的XRD图 薄膜的XRD 图2 ZnO薄膜的XRD图
XRD图显示: 图显示: 图显示
(1)样品均出现了2θ≈34.75°的较强的(002)衍射峰,说明薄 膜具有垂直于基片平面较好的c轴择优取向 (2)2、3、 4号样品中出现了2θ≈72.5°的微弱的(004)衍射 峰,在4号样品中出现了2θ≈32.2°的微弱的(100)衍射峰,其 中(004)峰为(002)晶面的次级衍射峰。 (3)在衬底温度从RT升至250℃的过程中,(002)衍射峰相对 强度随衬底温度升高而增加,薄膜c轴择优取向变好,而当温 度超过250℃以后,(002)峰相对强度变小。
所谓磁控溅射就是在二极溅射的基础上附加一个磁场利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量以金属靶材为阴极阳极接地也可以是正电位两极间通入工作气体在此以氩气ar为工作气体当两极间施加高压时电极间的ar发生电离电离产生的电子向阳极作加速运动而ar向阴极作加速运动撞击阴极靶材
二、ZnO薄膜的应用 ZnO薄膜的应用
光电显示领域中的透明电极 太阳能光电转换领域中的异质结 各种压电、压光、 各种压电、压光、电声与声光器件
气敏元件
三、ZnO薄膜的研究进展 薄膜的研究进展
Hang Ju Ko等人利用分子束外延(MBE)方法制备了高 质量的ZnO薄膜;Zhang等人利用分子束外延方法在Al2O3 上制备了 ZnO的发光二极管;Su等人利用等离子体协助分 子束外延(P-MBE)方法制备了ZnO/ZnMgO 单量子阱,结合 理论计算所得在导带和价带中的第一亚带能量分别是 49meV和11meV;Chang等人利用分子束外延生长n-ZnO, 而利用金属有机化学气相沉积p-GaN,发现 n-ZnO/p-GaN 异质结具有发光二极管特性;Gangil等人利用等离子增强的 MOCVD在Al2O3上制备出了N掺杂p型ZnO薄膜,载流子浓 度范围为1013 ~ 1015 cm-3,电阻率为10-1 ~

微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜

微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜

在现代技术中,微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项重要的工艺。

这种技术以其高质量、均匀性和良好的薄膜结构而广泛应用于各种工业领域。

本文将就微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜这一主题展开讨论,并深入探究其工艺原理、应用前景和发展趋势。

一、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理微波ECR磁控溅射是一种利用微波功率和磁场共同作用、通过控制溅射材料并将其沉积在衬底上形成薄膜的工艺。

在制备Al2O3薄膜时,首先需要将铝靶材置于真空腔内,然后在腔内加入氧气,并通过微波ECR磁场加热氧气,使其成为等离子体状态。

这样,铝靶材上的铝原子将被氧等离子体击中,产生氧化反应,从而在衬底上形成Al2O3薄膜。

二、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的应用前景由于微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜具有高质量、均匀性和良好的薄膜结构,因此在各种工业领域都有广泛的应用前景。

Al2O3薄膜可以用于制备电子器件、光学薄膜、陶瓷材料等,为这些领域的发展提供了重要的技术支持。

Al2O3薄膜还可以在生物医学、能源存储等领域发挥重要作用,有望为这些领域的技术发展带来新的突破。

三、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的发展趋势随着科学技术的不断进步,微波ECR磁控溅射技术也在不断发展和完善。

未来,微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺将更加智能化和自动化,可以实现对薄膜厚度、成分和结构的精确控制。

随着对新型材料和新工艺的不断探索,微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜也将不断拓展新的应用领域,为人类社会的发展做出更大的贡献。

总结回顾:微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项具有重要意义的工艺技术,其在各种工业领域都有着广泛的应用前景。

通过深入探讨微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理、应用前景和发展趋势,我们对这一主题有了更全面、深刻和灵活的理解。

在未来的研究和应用中,我们可以更好地利用这一技术,推动科技的不断进步。

磁控溅射技术进展及应用

磁控溅射技术进展及应用

摘要:近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。

随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。

本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。

关键词:磁控管溅射率非平衡磁控溅射闭合场非平衡磁控溅射自溅射引言磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法,被普遍和成功地应用于许多方面1~8,特别是在微电子、光学薄膜和材料表面处理领域中,用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。

1852年Grove首次描述溅射这种物理现象,20世纪40年代溅射技术作为一种沉积镀膜方法开始得到应用和发展。

60年代后随着半导体工业的迅速崛起,这种技术在集成电路生产工艺中,用于沉积集成电路中晶体管的金属电极层,才真正得以普及和广泛的应用。

磁控溅射技术出现和发展,以及80年代用于制作CD的反射层之后,磁控溅射技术应用的领域得到极大地扩展,逐步成为制造许多产品的一种常用手段,并在最近十几年,发展出一系列新的溅射技术。

一、磁控溅射镀膜原理及其特点1.1、磁控溅射沉积镀膜机理磁控溅射系统是在基本的二极溅射系统发展而来,解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。

磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100~1000Gauss强力磁铁,真空室充入011~10Pa压力的惰性气体(Ar),作为气体放电的载体。

在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子,产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中,受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,电子以摆线的方式沿着靶表面前进,在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞,电离出大量的Ar+离子,与没有磁控管的结构的溅射相比,离化率迅速增加10~100倍,因此该区域内等离子体密度很高。

磁控溅射镀膜技术1

磁控溅射镀膜技术1

放电气体压力P与电极之间距离d的乘积p.d对 辉光放电压U的影响,相对应的曲线称巴刑曲线, 该曲线所展示的规律称巴刑定律
V(BREAKDOWN)(volts)
.DISTANCE(Torr-cm)
• 溅射镀膜中放电气体压力通常选P=1x10-2 至5x10-4Torr,工作点选在左半支曲线, 对于相邻的相互绝缘的两个导体,要求 有足够高的耐击穿电压U,相互之间距离 不宜太大,d=1.5--3.0mm
E)避免弧光放电 • 用大功率启动新靶,材料表面出气,局 部真空变坏 • 直流溅射情况,靶面有不良导体形成 • 靶设计、安装不当,及在运用过程中受 力、受热引起的机械变形,造成的局部 击穿
3、辉光放电区电位分布---靶-基距
(1)阿斯顿暗区 (2)阴极暗区,克罗克斯暗区(3) 负辉区 (4)法拉第暗区 (5)正辉柱 (6)阳极暗区 (7) 阳极辉柱
• 2000年和2001年豪威公司先后研制出两 条新的大型中频双靶反应溅射制备二氧 化硅膜与氧化铟锡膜在线联镀装置并投 入生产. • 2002年豪威公司在国内首次引进PEM控 制系统,自行安装调试,成功的应用于多层 光学膜的研发工作中.
二、气体放电某些特性
在一般的溅射装置中,在真空室内辉光放电形 成并加速正离子,应熟悉气体放的某些电特性 1、辉光放电巴刑曲线--绝缘间隙的选取
• 阴极暗区宽度一般为1-2cm,镀膜设备中 阴极与基片距离大多5-10cm,可知两极 间只存在阴极暗区和负辉区,尽量减小 极间距离(靶-基距),获得尽量高的镀 膜速率。 • 阴极暗区边缘的电位几乎接近阳极电位, 相当于在辉光放电时,等离子体将阳极 推到阴极暗区边缘,此时真正的阳极在 哪里并不重要。 • 阳极位置只影响击穿电压。
Substrate Back Plate

溅射镀膜原理及其应用

溅射镀膜原理及其应用
例如:将反应气体N2加入到Ar2中溅 射Cr,便可获得CrN镀层。反应溅射原理 如右图所示。
磁控溅射常见技术
射频磁控溅射
用来进行介质膜的溅射, 如在玻璃上镀ITO膜之前需镀 上一层SiO2扩散隔离层,该 SiO2膜就是采用射频溅射。
通常在溅镀过程中辉光 放电中的离子撞击到阴极时, 会与阴极的电子中和,使得 溅射现象可以继续进行。但 若靶材本身不导电的话,离 子撞击到靶材上没有电子中 和,正电荷一直累积,便与 后来的离子排斥,这会造成 离子撞击现象的停顿。高周波电源 取代直流电源,便可解决此 问题。
溅射镀膜原理及其应用
磁控溅射原理
原理: 为了提高离化率,增加溅射沉积的速率,在靶背面增加磁场
是个有效的方法----电场与磁场的交互作用,使得二次电子在靶面 做螺旋式运动,大大延长了二次电子的运动行程,从而大大增加 了它同气体分子碰撞的机会,从而大大地提高了离化率,增加了 溅射速率。
磁控溅射常见技术
偏压溅射磁控
在基片上加100-300V的负电压,使得Ar2+轰击靶材的同时也轰 击基片的膜层,使用偏压具有以下作用:
1. 改善附着力:1)将沉积过程中附着力不好的晶粒打掉;2)促 进膜层与基片的扩散,增加扩散层的厚度。
2. 提高耐磨性能:偏压的使用使得膜层更致密。 3. 改善膜层结构:偏压使得膜层由柱状晶变为更好的球状晶粒。 但偏压也有缺点: 1. 偏压的使用会降低沉积速率。 2. 过大的偏压使用会增加膜层的内应力。
矩形平面靶安装结构示意图
磁控溅射原理
平衡磁场磁控溅射
非平衡磁场磁控溅射
磁控溅射原理
孪生靶磁场分布示意图
磁控溅射原理
封闭非平衡磁场示意图
溅射靶材
溅射靶材按形状分类:矩形平面靶才、圆形平面靶才、圆柱靶材; 溅射靶材按成分分类:单质金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材;

磁控溅射仪原理

磁控溅射仪原理

磁控溅射仪原理磁控溅射仪是一种常用的薄膜制备设备,通过磁场控制离子轰击金属靶材,使其表面的原子或分子脱离并沉积在基底上,形成薄膜。

本文将从磁控溅射仪的工作原理、设备结构和应用领域等方面进行介绍。

一、工作原理磁控溅射仪的工作原理基于磁场对离子的控制作用,主要分为两个步骤:离子轰击和薄膜沉积。

1.离子轰击:磁控溅射仪中的离子源会通过电弧加热金属靶材,将其表面的原子或分子释放出来。

同时,通过在靶材周围设置磁场,可以使电弧产生的离子在磁力的作用下形成一个束流,并加速到高能量状态。

这些高能量的离子会轰击靶材表面,使其表面的原子或分子脱离。

2.薄膜沉积:离子轰击靶材表面释放的原子或分子会在真空中飞行一段距离,然后沉积在基底上形成薄膜。

为了控制薄膜的厚度和均匀性,通常在离子轰击和薄膜沉积过程中会控制离子束的能量和轰击时间。

二、设备结构磁控溅射仪通常由离子源、靶材、基底和真空室等组件构成。

1.离子源:离子源是磁控溅射仪中最关键的组件之一,它通过电弧加热靶材,产生离子束。

离子源的设计和选择会直接影响到薄膜的质量和性能。

2.靶材:靶材是被溅射的金属材料,通常是高纯度的金属靶材。

靶材的选择取决于所需薄膜的成分和性质。

3.基底:基底是薄膜沉积的载体,可以是玻璃、金属或其他材料。

基底的选择和处理也会对薄膜的质量和性能产生影响。

4.真空室:真空室是磁控溅射仪中的一个重要部分,用于提供高真空环境,防止氧气等杂质对薄膜的影响。

三、应用领域磁控溅射仪广泛应用于各个领域的薄膜制备,具有以下几个优点:1.多种材料可溅射:磁控溅射仪可以处理多种材料,包括金属、合金、氧化物、硅、硫化物等,因此在材料选择上具有较大的灵活性。

2.薄膜质量高:磁控溅射制备的薄膜具有良好的致密性和平坦度,可以满足高质量薄膜的需求。

3.控制精度高:通过调节离子束的能量和轰击时间,可以对薄膜的厚度和成分进行精确控制。

4.应用广泛:磁控溅射仪制备的薄膜在光学、电子学、磁学、显示器件等领域都有广泛的应用,如光学薄膜、导电薄膜、磁性薄膜等。

磁控溅射法研制防紫外纳米铝膜涤纶织物

磁控溅射法研制防紫外纳米铝膜涤纶织物

磁控溅射法研制防紫外纳米铝膜涤纶织物徐晓峰,陈小立,郭玉良,朱 泉,孙 兵,朱美芳(东华大学,上海201620)摘 要:以涤纶织物为基底,高纯铝为靶材,利用磁控溅射法制备纳米铝薄膜。

探讨了溅射气压、时间、功率和漫反射率对薄膜沉积速率和紫外线透过率的影响。

试验结果表明,用该方法制备的铝膜涤纶织物,对350~400n m波段的紫外线屏蔽效果良好,透过率较镀膜前降低1.54~2.28倍。

关键词:染整;紫外线;纳米结构;薄膜;织物;聚对苯二甲酸乙二酯纤维中图分类号:TS1901645 文献标识码:A 文章编号:1000-4017(2007)12-0010-03Ultrav i olet sh i eld i n g A l f il m prepared by magnetron sputter i n gXU Xiao2feng,CHE N Xiao2li,G UO Yu2liang,Z HU Quan,S UN B ing,ZHU Mei2fang(D onghua U niversity,Shanghai201620,China)Abstract:The A I fil m o f nano2struc tu re is p rep a red by m agne tr o n sp u tte ri ng o n po l ye s te r fab ri c.The i nfl uence o f sp u tte ri ng a t2 m o sp he ri c p re s su re,ti m e,pow e r ra ti o,d i ffu s i vity o n depo s iti o n ra te and tran sm ittance w a s d iscu sse d.The A I fil m depo s ited o n po l ye ste r sub s tra te ha s bee n com p a red w ith comm o n po l ye s te r sub s tance.The re su lts i nd i ca te tha t sh i e l d i ng effec t o f u ltra2 vi o l e t ray o f the A I fil m po l ye s te r sub s tance is w e ll and tran sm ittance is re duced1.54~2.28ti m e s i n350~400nm.Key words:dye i ng and fi n ish i ng;u ltravi o l e t ray;nano struc tu re;fil m;fab ri c;po l ye s te r fi be r0 前言过度的紫外线辐射对人体是有害的,因此,研究制备能有效屏蔽对人体有害紫外线的织物越来越受到人们的重视。

磁控溅射法制备薄膜原理

磁控溅射法制备薄膜原理

磁控溅射法制备薄膜原理介绍磁控溅射法(Magnetron sputtering)是一种常用的薄膜制备技术。

通过溅射材料表面的原子或离子,将其沉积在基底表面,形成所需的薄膜。

本文将详细介绍磁控溅射法制备薄膜的原理、操作步骤以及其在工业和科研中的应用。

磁控溅射法原理磁控溅射法利用磁控电子束对溅射材料进行轰击,使其释放出离子或原子,然后通过磁场引导这些离子或原子运动,并沉积在基底表面。

主要原理包括:溅射、离子化、束流调制以及沉积等过程。

溅射溅射是磁控溅射法的核心过程,其基本原理是利用高能离子或原子轰击溅射靶材表面,使溅射材料从靶材上脱落,并在经过磁场引导后沉积在基底上。

溅射材料的选择对薄膜质量和性能有重要影响。

离子化离子化是通过加速电压将气体轰击成离子。

常用的气体有氩气、氙气等,其离子化过程是由靶材上脱落的原子或分子迅速与气体分子碰撞,产生离子。

束流调制束流调制是通过磁场控制离子或原子运动轨迹,使其保持较高的能量和较小的散射角度,提高薄膜沉积速率和均匀性。

沉积沉积是将离子或原子沉积在基底表面,形成薄膜的过程。

沉积速率、沉积温度和沉积时间等因素会影响薄膜的结构和性能。

操作步骤磁控溅射法制备薄膜的操作步骤包括溅射室准备、真空抽取、靶材装载、参数调节、离子清洗、薄膜沉积等。

溅射室准备在开始溅射制备薄膜之前,需要清洁溅射室,并确保各个部件都处于良好状态。

同时,调整靶材位置和磁场强度,以便实现高质量的溅射过程。

真空抽取将溅射室进行真空抽取,以排除其内部的气体和杂质。

真空程度通常需要达到纳帕级别或更高,以确保薄膜制备过程不受外界气体的干扰。

靶材装载将待溅射的靶材装载至溅射室,并固定在相应的位置上。

靶材的选择应根据所需薄膜的组成和性能来确定。

参数调节根据所需薄膜的要求,调节溅射气体流量、溅射功率、离子能量和沉积速率等参数。

不同的参数会对薄膜的成分、结构和性能产生不同的影响。

离子清洗在沉积薄膜之前,常常需要进行离子清洗,以去除基底表面的气体和杂质。

磁控溅射镀膜原理及工艺

磁控溅射镀膜原理及工艺

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正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。
2.2.2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。
小心挤压到手指)。
(3)启动机械泵,抽一分钟左右之后,打开 复合真空计,当示数约为10E-1量级时,启动分子 泵,频率为400HZ(默认),同时预热离子清洗 打开直流或射流电源及流量显示仪。
(4)(选择操作)打开加热控温电源。启动 急停控制,报警至于通位置,功能选则为烘烤。
(5)但真空度达到5×10-4Pa时,关闭复合真 空计,开启电离真空计,通氩气(流量
2.1.3 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。能够得到最大沉积速 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气体。

磁控溅射方法制备薄膜的应用研究

磁控溅射方法制备薄膜的应用研究

磁控溅射方法制备薄膜的应用研究摘要:本文从磁控溅射的定义、优势以及应用三方面论述了磁控溅射方法制备薄膜,主要阐明了磁控溅射方法在实验领域的研究及制备薄膜的优势所在。

关键词:磁控溅射;镀膜;沉积1.磁控溅射概述薄膜可定义为:按照一定的需要,利用特殊的制备技术,在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。

二维伸展的薄膜由于具有特殊的成分、结构和尺寸效应因而使其获得三维材料所没有的性质,同时又很节约材料,所以非常重要。

现在薄膜的应用已经扩大到各个领域,薄膜产业迅速崛起,如塑料金属化制品、建筑玻璃镀膜制品、光学薄膜、集成电路薄膜、液晶显示器、刀具硬化膜、光盘等等,都有了很大的生产规模。

具体的薄膜制备方法很多,常用的有物理气相沉积(Physical Vapor Deposition CVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition CVD)、电镀等等。

物理气相沉积是在真空条件下,利用各种物理方法,将镀料气化成原子、分子,或离子化为离子,直接沉积到基体表面的方法,主要包括真空镀膜、溅射镀膜、离子镀膜等;化学气相沉积是把构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体,借助气相沉积作用或在基体表面上的化学反应生成要求的薄膜,主要包括常压化学气相沉积、低压化学气相沉积和兼有CVD和PVD 两者特点的等离子化学气相沉积等;电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中,以被镀金属为阴极,通过电解作用,使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来,形成镀层的一种表面加工方法。

1.1.溅射原理在真空室内,利用荷能粒子轰击靶材表面,通过粒子的动量传递打出靶材中的原子及其他粒子,并使其沉积在基体上形成薄膜的技术。

磁控溅射可实现大面积快速沉积,几乎所有金属、化合物、介质均可做靶,镀膜致密度高,附着性好。

1.2.磁控溅射的分类溅射技术的成膜方法很多,具有代表性的有直流(二级、三级或四级)溅射、磁控(高温低速)溅射、射频溅射、反应溅射、偏压溅射等。

离子源辅助中频磁控溅射制备aln薄膜

离子源辅助中频磁控溅射制备aln薄膜

离子源辅助中频磁控溅射制备aln薄膜最近,离子源辅助中频磁控溅射制备AlN薄膜发展迅速,其具有良好的物理和化学性质为其应用提供了可能性。

因此,了解离子源辅助中频磁控溅射制备AlN薄膜的性质和机制对这一技术的发展至关重要。

一、磁控溅射制备AlN薄膜的原理磁控溅射技术一般由以下三个部分组成:一种活性材料的气体化、活性材料的磁场监督和活性材料的基体表面蒸发溅射。

受磁场(永磁体形成的外部磁场)的控制,运动中的原子和分子电离带被磁化并提供能量,从而溅射目标表面。

用于化学制备AlN薄膜的材料一般是氨和AlCl。

二、AlN膜的应用AlN膜是一种半导体功能材料,在激光器件、显示器、电路的制备上有重要作用。

由于其高绝缘性、高可塑性、热稳定性、光学性质优异以及相对介质表面带荷能力强等特点,使得AlN膜在微波电子、气体传感器和微细加工等领域的应用也越来越广泛。

三、离子源辅助中频磁控溅射制备AlN薄膜的基本要素(1)气相材料:使用一种或多种气体作为靶表面覆盖膜材料的组成材料,可以使用氯气、氨气、氢气、氩气、氧气或空气,也可以将多种气体混合在一起使用。

(2)电源:使用变频或中频电源,使外部磁场的频率与提供的动能态C峰的频率一致,可保证更准确的溅射控制能力。

(3)永磁体:有助于形成宽的磁化圧的外部磁场,可以调节离子溅射体芯群的大小和形状,为精确制备AlN薄膜提供条件。

(4)计算机控制系统:该系统用于校准磁控溅射设备和控制蒸发层厚度和组成,这是AlN薄膜性质精确控制的关键步骤。

四、影响AlN薄膜制备质量的因素(1)原料选择:原材料的纯度越高,就越容易形成纯净的AlN膜,对制备高质量的AlN膜至关重要。

(2)外部磁场的强度越大,得到的样品表面粗糙度就越低,加工出的AlN薄膜电阻率也越高。

(3)某些参数的改变,如靶表面距离源体距离、电离体及基体温度等也会影响AlN膜的制备质量。

五、结论在这里,我们讨论了离子源辅助中频磁控溅射制备AlN薄膜的原理和要素以及其应用及影响AlN膜制备质量的因素。

用磁控溅射制备薄膜材料的概述

用磁控溅射制备薄膜材料的概述

用磁控溅射制备薄膜材料的概述1.引言溅射技术属于PVD (物理气相沉积)技术的一种,是一种重要的薄膜材料制备的方法。

它是利用带电荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点,将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电极(阴极),并将靶材原子溅射出来使其沿着一定的方向运动到衬底并最终在衬底上沉积成膜的方法。

磁控溅射是把磁控原理与普通溅射技术相结合利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹,以此改进溅射的工艺。

磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段。

2.溅射技术的发展1852年,格洛夫(Grove)发现阴极溅射现象,从而为溅射技术的发展开创了先河。

采用磁控溅射沉积技术制取薄膜是在上世纪三四十年代开始的,但在上世纪70 年代中期以前,采蒸镀的方法制取薄膜要比采用磁控溅射方法更加广泛。

这是凶为当时的溅射技术140刚起步,其溅射的沉积率很低,而且溅射的压强基本上在Ipa以上但是与溅射同时发展的蒸镀技术由于其镀膜速率比溅射镀膜高一个数量级,使得溅射镀膜技术一度在产业化的竞争中处于劣势溅射镀膜产业化是在1963年,美国贝尔实验室和西屋电气公司采用长度为10米的连续溅射镀膜装置,镀制集成电路中的钽膜时首次实现的。

在1974 年,由J.Chapin 发现了平衡磁控溅射后,使高速、低温溅射成为现溅射技术先后经历了二级、三级和高频溅射。

二极溅射是最早采用,并且是目前最简单的基本溅射方法。

二极溅射方法虽然简单,但放电不稳定,而且沉积速率低。

为了提高溅射速率以及改善膜层质量,人们在二极溅射装置的基础上附加热阴极,制作出三极溅射装置。

然而像这种传统的溅射技术都有明显的缺点:1).溅射压强高、污染严重、薄膜纯度差2).不能抑制由靶产生的高速电子对基板的轰击,基片温升高、淀积速率低3).灯丝寿命低,也存在灯丝对薄膜的污染问题3.磁控溅射的原理: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。

磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例

磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例

磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例(薄膜物理大作业论文)班级:1035101班学号:1101900508姓名:孙静一、前言镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜,使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。

自七十年代开始,在世界发达国家和地区,传统的单一采光材料—普通建气琳璃,已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代,如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等,其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目,发展也颇为迅速,如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃,美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年,在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区,镀膜玻璃的使用也日渐盛行。

镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。

目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。

浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中,取出后送人炉中加热,去除有机物,从而形成了金属氧化物膜层。

由于浸渍法使玻璃两边涂膜,且低边部膜层较厚,同时可供水解盐类不多,因而在国内未得到很好推广。

化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状,然后涂到加热后的玻璃表面上。

这种方法由于受到所镀物质的限制,且在大板上也难真空蒸发法是在真空条件下,通过电加热使镀膜材料蒸发,由固相转化为气相,从而沉积在玻璃表面上,形成稳定的薄膜。

此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。

只能生产单层金属镀膜玻璃,颜色也难以控制。

磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休,气体离子在电场的作用下,轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。

在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行,如电浮法、热喷涂等方法,目前我国较少使用。

在这些方法中,磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法,它的膜层由多层金属或金属氧化层组成,允许任意调节能量通过率、能量反射率,具有良好的外观美学效果,它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点,因而目前国际上广泛采用这一方法。

磁控溅射技术的原理及应用

磁控溅射技术的原理及应用

磁控溅射技术的原理及应用磁控溅射技术是一种非常重要的材料加工技术,它在现代工业制造领域中被广泛应用。

磁控溅射技术的原理比较复杂,需要结合物理学知识和材料科学知识才能够深入理解。

下面,我们将从原理、应用和优缺点等方面来分析磁控溅射技术。

一、磁控溅射技术的原理磁控溅射技术的核心原理是,在高真空下,利用离子轰击的原理使靶材表面的原子或分子离开,形成高速运动的原子团,然后以高速度击打到所需要涂覆的材料表面,与另一组原子或分子相碰撞,并沉积成薄膜层。

磁控溅射技术的溅射源主要由靶材、基底和磁场组成。

当高纯度的气体在真空室内电离后,离子会在靶材表面束缚,形成一个带正电荷的等离子体潮流,进入强磁场的作用下,靶材上的非离子原子或分子就会沿用聚变的道理抛射出去,进而形成一个离子束,成为靶材的溅射。

当基底和溅射源靶材相对静止时,基底上的沉积物层就会开始形成。

因此,在磁控溅射技术中,溅射过程控制好磁场强度和靶材等离子体激发能量是非常重要的。

二、磁控溅射技术的应用磁控溅射技术的应用范围非常广泛,主要应用在金属、合金、半导体材料的表面修饰和通过涂层改善材料表面性能来达到特殊的功能和应用。

涂层厚度可从几纳米到数百纳米改变。

(1) 太阳能光伏在太阳能光伏中,磁控溅射技术被广泛应用。

可以通过沉积一层光谱选择层来增加光吸收,在应用中产生光电性能提高,并延长光电池的寿命。

此外,磁控溅射技术制备的透明导电电极,可以大幅提高太阳能电池的效率和环保性能。

(2) 光学加工磁控溅射技术用于光学加工领域。

可以制备一种极细的金属纤维单丝,这种金属纤维单丝可以做为微型光学的部件,如光纤中介面。

纤维自身具有一定的弯曲、拉伸和扭曲能力,便于融合和加工成三维微机械结构,做成微型光学元件、微型透镜和扫描电子显微镜等。

(3) 电子和半导体技术磁控溅射技术可以制备各种电子和半导体材料,例如氧化物、铜铝金属等等。

在半导体器件和电子元件中使用磁控溅射技术,可以获得高精度和超薄膜的电池、LED、CRT以及开关电源等电子元件。

磁控溅射镀膜技术的发展及应用_马景灵

磁控溅射镀膜技术的发展及应用_马景灵

磁控溅射镀膜技术的发展及应用_马景灵溅射镀膜过程主要是将欲沉积成薄膜的材料制成靶材,固定在溅射沉积系统的阴极上,待沉积薄膜的基片放在正对靶面的阳极上。

溅射系统抽至高真空后充入氩气等,在阴极和阳极之间加几千伏的高压,阴阳极之间会产生低压辉光放电。

放电产生的等离子体中,氩气正离子在电场作用下向阴极移动,与靶材表面碰撞,受碰撞而从靶材表面溅射出的靶材原子称为溅射原子,溅射原子的能量一般在一至几十电子伏范围,溅射原子在基片表面沉积而后成膜。

溅射镀膜就是利用低气压辉光放电产生的氩气正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材,把靶材中的原子或分子等粒子溅射出而沉积到基片或者工件表面,形成所需的薄膜层。

但是溅射镀膜过程中溅射出的粒子的能量很低,导致成膜速率不高。

磁控溅射技术是为了提高成膜速率在溅射镀膜基础上发展起来的,在靶材表面建立与电场正交的磁场,氩气电离率从0.3%~0.5%提高到了5%~6%,这样就解决了溅射镀膜沉积速率低的问题,是目前工业上精密镀膜的主要方法之一[1]。

可制备成磁控溅射阴极靶材的原料很广,几乎所有金属、合金以及陶瓷材料都可以制备成靶材。

磁控溅射镀膜在相互垂直的磁场和电场的双重作用下,沉积速度快,膜层致密且与基片附着性好,非常适合于大批量且高效率的工业化生产。

1磁控溅射的工艺流程在磁控溅射过程中,具体工艺过程对薄膜性能影响很大,主要工艺流程如下[2]:(1)基片清洗,主要是用异丙醇蒸汽清洗,随后用乙醇、丙酮浸泡基片后快速烘干,以去除表面油污;(2)抽真空,真空须控制在2×104Pa以上,以保证薄膜的纯度;(3)加热,为了除去基片表面水分,提高膜与基片的结合力,需要对基片进行加热,温度一般选择在150℃~200℃之间;(4)氩气分压,一般选择在0.0l~lPa范围内,以满足辉光放电的气压条件;(5)预溅射,预溅射是通过离子轰击以除去靶材表面氧化膜,以免影响薄膜质量;(6)溅射,氩气电离后形成的正离子在正交的磁场和电场的作用下,高速轰击靶材,使溅射出的靶材粒子到达基片表面沉积成膜;(7)退火,薄膜与基片的热膨胀系数有差异,结合力小,退火时薄膜与基片原子相互扩散可以有效提高粘着力。

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磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展郭聪(黄石理工学院机电工程学院黄石 435000)摘要:磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段。

探讨了磁控溅射技术在非平衡磁场溅射、脉冲磁控溅射等方面的进步,说明利用新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等,并进一步取代电镀等传统表面处理技术。

阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。

关键词:非平衡磁控溅射脉冲磁控溅射薄膜制备工艺应用中图分类号:O484.10 前言薄膜是指存在于衬底上的一层厚度一般为零点几个纳米到数十微米的薄层材料。

薄膜材料种类很多,根据不同使用目的可以是金属、半导体硅、锗、绝缘体玻璃、陶瓷等。

从导电性考虑,可以是金属、半导体、绝缘体或超导体;从结构考虑,可以是单晶、多晶、非晶或超晶格材料;从化学组成来考虑,可以是单质、化合物或无机材料、有机材料等。

制备薄膜的方法有很多,归纳起来有如下几种:1)气相方法制模,包括化学气相淀积(CVD),如热、光或等离子体CVD和物理气相淀积(PVD),如真空蒸发、溅射镀膜、离子镀膜、分子束外延、离子注入成膜等;2)液相方法制膜,包括化学镀、电镀、浸喷涂等;3)其他方法制膜,包括喷涂、涂覆、压延、印刷、挤出等。

[1]而在溅射镀膜的发展过程中,新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等。

辉光等离子体溅射的基本过程是负极的靶材在位于其上的辉光等离子体中的载能离子作用下,靶材原子从靶材溅射出来,然后在衬底上凝聚形成薄膜;在此过程中靶材表面同时发射二次电子,这些电子在保持等离子体稳定存在方面具有关键作用。

溅射技术的出现和应用已经经历了许多阶段,最初,只是简单的二极、三极放电溅射沉积;经过30多年的发展,磁控溅射技术已经发展成为制备超硬、耐磨、低摩擦系数、耐蚀、装饰以及光学、电学等功能性薄膜的一种不可替代的方法,脉冲磁控溅射技术是该领域的另一项重大进展。

利用直流反应溅射沉积致密、无缺陷绝缘薄膜尤其是陶瓷薄膜几乎难以实现,原因在于沉积速度低、靶材容易出现电弧放电并导致结构、组成及性能发生改变。

利用脉冲磁控溅射技术可以克服这些缺点,脉冲频率为中频10~200kHz,可以有效防止靶材电弧放电及稳定反应溅射沉积工艺,实现高速沉积高质量反应薄膜。

1 基本原理磁控溅射(Magnetlon Sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。

磁控溅射镀膜采用在靶材表面设置一个平行于靶表面的横向磁场,磁场由置于靶内的磁体产生。

在真空室中,基材端接阳极极,靶材端接阴极,阴极靶的下面即放置着一个强力磁铁。

溅射时持续通入氩气,使之作为气体放电的载体(溅射气体),同时通入氧气,作为与被溅射出来的锌原子发生反应的反应气体。

在真空室内,电子e在电场E的作用下,在加速飞向基板过程中与氩原子发生碰撞,使其电离出Ar+和一个新的电子(二次电子)e。

Ar+计在电场作用下加速飞向阴极靶,以高能量轰击Zn靶表面使其发生溅射,溅射出来的锌原子吸收Ar离子的动能而脱离原晶格束缚,飞往基材方向,途中与O2发生反应并释放部分能量,最后反应产物继续飞行最终沉积在基材表面。

我们需要通过不断的实验调整工艺参数,从而使得溅射出来的历原子能与O2充分反应,制得纯度较高的薄膜。

另一方面,二次电子在磁场的作用下围绕靶面作回旋运动,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,最终沉积在基材、真空室内壁等处。

这一合理设计不仅提高了电子对氩气的电离几率,有效的利用了电子的能量,使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效,而且避免了高能电子对基材的强烈轰击,消除了溅射时的基材被轰击加热和被电子辐照引起损伤的根源,体现了磁控溅射中基材“低温”的特点。

同时,由于外加磁场的存在,实现了高速溅射。

因此,磁控溅射有低温、高速两大特点。

[2-5]2 磁控溅射的特点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:①可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料,包括各种金属、半导体、铁磁材料,以及绝缘的氧化物、陶瓷、聚合物等物质,尤其适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜;②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;⑨在溅射的放电气氛中加入氧、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;④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,且重复性好;⑤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;⑥薄膜形成初期成核密度高,故可生产厚度lOnm以下的极薄连续膜。

以上是磁控溅射的一些优点,但是磁控溅射也存在一些需要进一步改善的问题。

其中一个主要的问题是靶材的利用率有待提高。

由丁靶源磁场磁力线分布早圆周形状,在靶表面的一个环形区域内,靶材被消蚀成一个深的沟,这种靶材的非均匀消耗,造成靶材的利用率较低。

实际应刚中,圆形的平面阴极靶,靶材的利用率通常小于50%。

通过磁场的优化设计可提高靶材的利刚率。

特定的条件下,一些厂商磁控管的靶材利用率可以超过70%。

另外,旋转靶材的利用率较高,一般可达到70%~80%以上。

[6]3 磁控溅射制备ZnO功能性薄膜3.1 实验设备简介实验所用设备是JZCK-420B型高真空多功能磁控溅射设备,配有射频和直流电源。

沉积时真空室内的温度为室温,为控制沉积过程中真空室内的温度尤其是基材的温度,采用两路水循环冷却装置冷却基材、靶材和分子泵等,以避免冈高温而引起基材的变形和溅射出的颗粒的扩散运动。

同时基材在上、靶材在下的设计合理地避免杂质、颗粒落到基材表面,提高生成的膜的质量。

而且靶材与基片间距离沿轴向在线动态连续可调,有利于工艺调节和控制。

3.2 等离子处理基材由于后期实验需要,我们对经清洗后的部分样品进行了等离子处理。

所用设备为HD-1A冷等离子体处理仅,是采用电容式耦合辉光放电产生冷等离子体对材料表面进行改性的仪器。

设备主要由真空反应室、真空系统、充气系统、放电系统和射频电源等组成。

冷等离子体简介:利用放电技术使气体电离产生冷等离子体,冷等离子体中含有大量的电子、离子、激发态原子和分子及自由基等活性粒子,这些活性粒子在材料(金属、半导体、高分子材料)表面引起刻蚀、氧化、还原、裂解、交联和聚合等物理、化学反应,对材料表面进行改性.在不损伤基体的前提下,赋予材料表面新的性能,如吸水性(或疏水性)、耐磨性、粘接性、抗静电性等等.这种技术尤其适用于天然高分子材料(棉、毛、丝、麻)和合成高分子材料(化纤、塑料、合成橡胶等),使其表面获得优化,因而在材料、化工、电子、印刷、纺织、生物技术等领域有广泛的应用。

本实验就是利用冷等离子体对材料表面具有刻蚀性能,希望通过等离子体处理增加原样表面的粗糙度。

结合系列实验得出的较好的制备ZnO薄膜的工艺参数,在等离子体处理后的基材上镀膜,从而得到更好薄膜和基材结合牢度,与未经等离子体处理的情况形成比较。

3.3 薄膜制备方法的选择尝试了射频源和直流源两种方式、在真空腔内通过Zn与02反应来制备薄膜,最终决定选择直流源,主要原因:①创新性尝试:查阅很多关于氧化锌磁控溅射镀层的资料,发现选用直流反应溅射镀层的非常少,再加上我们选用纺织材料这种柔性衬底作为基材,两者综合就是比较新的。

②效率考虑:射频溅射虽然比直流溅射在膜均匀性上有优势,但沉积速率过慢,使得制各的效率大大下降,在现实中不利于生产化推广。

而对于直流溅射的均匀性我们可以通过调节工艺参数提高。

③直流反应磁控溅射具有沉积速率高,反应衬底温度低,能有效地抑制同相扩散,薄膜与衬底之间界面陡峭结合牢固等优点。

在实验过程中确实感受到了如上所说的一些优点。

基于以上原因,最后使用直流源进行一系列实验。

直流电源是为磁控溅射靶配套设计的,具有功率大、控制精度高等优点的同时还具有以下其他电源所不具备的功能:恒流输出功能,对负载的适应能力强,控制精度高、抗短路;过流、空载禁止输出及超压保护三重功能,对电源及负载能起到有效的保护。

直流源一些重要的技术指标:最大输出功率1000W;输入电压AC220V±10%;最大输出电压DC700V:最大输出电流DCl.5A。

[7]4 磁控溅射新技术3.1 非平衡磁控溅射(UBMS)近年发展起来的非平衡磁控溅射技术是为了获得密度较高(>2mA/㎝²)而能量又较低(<100eV)的离子流,这样有利于提高膜层质量和减小膜层的内应力(离子轰击法生成薄膜的内应力较大)。

在非平衡磁控溅射技术中,外围磁场的强度大于中心的磁场强度,这样,磁铁中并非所有的磁力线都经中心点形成回路,而是有一部分磁力线指向基底。

这样,就有一部分电子可以沿磁力线运动至基底,等离子体不再被紧紧约束在靶表面,而另一部分在电子负电位的带动下流向基底,同时也在没有偏压的情况下实现了等离子体中离子流的引出。

为了更进一步提高膜层的均匀性,也可采用多源非平衡磁控溅射技术。

此外。

利用这种多源非平衡磁控溅射技术可以制备多层膜和合金膜,且成膜速率比传统的磁控溅射技术高2~3倍。

Kelly采用非平衡磁控溅射技术,应用中频电源(20~30kHz)制备Al2O3。

薄膜时发现不仅提高了沉积速率,还增强了系统的稳定性。

图2是非平衡磁控溅射技术的示意图。

图1 双靶非平衡磁控溅射示意图3.2 脉冲磁控溅射技术(PMS)脉冲磁控溅射技术在制备绝缘薄膜和各种氧化物、氮化物薄膜方面性能优越。

虽然这些薄膜可以用反应性磁控溅射技术制备,也可利用射频磁控溅射技术制备,但射频磁控溅射法的沉积速率较低,而且反应性磁控溅射技术容易发生异常放电和“微液滴溅射”现象,影响膜层的成分、性能以及系统的稳定性。

实验发现,采用中频(10~200kHz)的脉冲磁控溅射技术可以有效克服以上问题。

特别是用复合靶制备合金膜、混合膜时,可以通过调节脉冲功率源的脉冲占空比调节薄膜的组分。

实验发现,用直流磁控溅射法制备的氧化铝薄膜在550nm处的透过率只有45%,而利用脉冲磁控溅射技术制备时,其在550nm处的透过率大于97%。

硅单晶薄膜和TiO2光学薄膜同样可以用脉冲磁控溅射技术制备。

[8]5 新型磁控溅射镀膜工艺从一般的金属靶材溅射、反应溅射、偏压溅射等,伴随着工业需求及新型磁控溅射技术的出现,低压溅射、高速沉积、自支撑溅射沉积、多重表面工程以及脉冲溅射等新型工艺成为目前该领域的发展趋势。

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