真空溅射技术
真空溅射镀膜讲义
简单的直流二极溅射装置，相当于一个大型的气体放电管，包括这样几部分；装有两个水冷电极的真空容器，真空系统，充气系统和直流电源(见图8-2)。阴极上安装靶材；阳极上安装基片，也就是镀膜的工件。两极之间的距离为5〜7cm2。工作压强为 5Pa左右。 图8-2 直流二极溅射装置 1-阳极 2-基片台 3-真空室 4-靶材 5-屏蔽罩 6-阳极 直流二极溅射，作为一种独立的镀膜工程已经被淘汰，但仍然在其他镀膜工程中作为辅助手段应用。例如，在磁控溅射之前，先用直流二极溅射的方式清洗基片。这时是以基片为阴极，使其受离子轰击，清除其表面吸附的气体和氧化物等污染层。这样处理以后，可以增强膜层与基片的结合强度。又如，直流二极型离子镀，就是由蒸镀配合直流二极溅射构成的。
于溅射放电时，阴极靶面所形成之阴极暗区（简称暗区）具有相当重要之影响，一般于施加负电压之阴极对阳极之溅镀室壁及基板（一般为接地形态）放电时，暗区之宽度约在10到30mm之间。 暗区宽度依气体压力而定，气体压力愈高（即真空度较差时），暗区宽度愈小。暗区太宽或太窄，对溅射镀膜，都无法达到最好的效果。 图2-2a即气体压力太高，暗区宽度变窄，放电介于靶材及阴极屏蔽之间。而靶材与阴极屏蔽（接地电位）间距离约在7mm以下，当靶材与屏蔽发生放电时，不仅产生不纯物沈积，于阴阳极间的绝缘材，而导致阴极阳极间之高电压短路，这是非常危险的。 图2-2c即当气体压力太低时，放电即很难产生，假使放电能产生，亦很难稳定。
第一节 溅射镀膜原理
一、直流二极溅射原理 直流二极溅射是利用直流辉光放电使气体电进，如图8-1所示。图8-1a是一个辉光放电管，其中装有两个电极，作为阴极和阳极。将管内抽真空，使其真空度达到10Pa左右，再加上几百伏的直流电压，就会产生辉光放电。辉光放电区域并不是均匀的。只要两个电极之间有足够的距离，就能观察到一些明暗程度不同的区域。这些区域主要是阴极暗区、负辉区、法拉第暗区和正辉区(图8-1a) 。 除阴极暗区以外，其他各个区域或者是等离子体区(阳极辉柱)，或者近似于等离子体区(负辉区和法拉第暗区)。等离子体之中存在大量自由电子，是一种良导体，因此加在放电管两极的电压，几乎毫无损失地通过各个等离子区，而全部加在阴极暗区。图8-1b是辉光放电区的电位分布。 图8-1 二极直辉光放电 a)辉光放电区的结构 1-阴极 2-阴极暗区 3-负辉区 4-法拉第暗区 5-阳极辉柱 6-阳极 b)辉光放电区的电位分布
真空溅射镀膜原理
真空溅射镀膜原理
真空溅射镀膜是一种常见的表面改性技术，通过在真空环境下，利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子脱离并沉积在基底材料上，从而形成一层薄膜。
真空溅射镀膜的基本原理是利用电弧、离子束或磁控溅射等方式产生高能粒子，这些粒子以高速撞击靶材表面，使其表面的原子或分子受到能量激发并脱离。
这些脱离的原子或分子会沿着各个方向扩散，并最终沉积在基底材料上，形成一层均匀的薄膜。
在真空中进行溅射镀膜的主要原因是避免氧气、水蒸气等气体中的杂质对溅射过程的干扰。
在真空环境下，氧气等气体的压力远低于大气压，杂质的浓度也相应较低，因此可以有效减少薄膜杂质的含量，提高薄膜的纯度。
真空溅射镀膜技术广泛应用于各个领域，例如光学镀膜、电子器件制造、材料改性等。
通过选择不同的靶材和基底材料，可以制备出各种具有不同功能和性质的薄膜材料，例如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
综上所述，真空溅射镀膜是一种利用高能粒子撞击靶材表面，使其原子或分子脱离并沉积在基底材料上的技术。
通过在真空环境下进行溅射，可以获得纯度较高的薄膜材料，具有广泛的应用前景。
真空溅射镀膜技术
溅射材料：通常采用金属、陶瓷、半导体等材料
溅射过程：高能粒子轰击固体表面，使固体表面的原子或分子获得足够的能量脱离表面，形成溅射现象
溅射镀膜的原理
原理：利用高能粒子轰击靶材，使其表面的原子或分子脱离靶材并沉积在基材上
溅射源：通常是金属或非金属材料，如铝、钛、铬等
脉冲溅射镀膜
原理：利用高压脉冲电源，使靶材表面产生脉冲电场，使靶材表面的原子或分子脱离靶材表面，沉积到基材上形成薄膜。
特点：沉积速率快，膜层致密，膜层厚度均匀，适用于大面积镀膜。
应用：广泛应用于太阳能电池、显示器、半导体等领域。
优点：可以提高膜层的附着力和耐腐蚀性，降低生产成本。
真空溅射镀膜技术的特点
半导体领域
半导体芯片制造：溅射镀膜技术用于制造半导体芯片，如集成电路、存储器等。
半导体封装：溅射镀膜技术用于半导体封装，如引线框架、导线架等。
半导体器件制造：溅射镀膜技术用于制造半导体器件，如晶体管、二极管等。
半导体材料研究：溅射镀膜技术用于研究半导体材料，如硅、锗、砷化镓等。
金属化领域
半导体制造：用于制造集成电路、传感器等电子设备
设备故障处理：遇到设备故障时，及时联系专业人员进行维修
设备维护周期：定期进行设备维护，确保设备正常运行
设备运行中的监控：注意观察设备运行状态，及时调整参数
设备停机后的清理：清理设备内部残留的镀膜材料和杂质
设备启动前的检查：确保电源、气源、水源等正常
设备启动顺序：按照说明书上的要求进行
真空溅射镀膜设备的常见问题及解决方案
原理：利用射频能量使靶材表面原子或分子获得足够的能量，从而被溅射出来
特点：沉积速率快，膜层致密，纯度高
溅射真空条件
溅射真空条件一、简介溅射技术是一种常见的薄膜制备技术，广泛应用于材料科学、电子工程、光学等领域。
在溅射过程中，溅射材料通过电弧、离子束或磁控溅射等方法被激发，形成高能粒子，然后被加速并击中靶材表面，靶材上的原子或分子被击出并沉积在基底表面，形成薄膜。
溅射真空条件是确保溅射过程顺利进行的关键。
二、真空系统溅射过程需要在高真空的条件下进行，以避免气体分子与靶材表面的碰撞干扰。
真空系统通常包括真空室、抽气系统和测量系统。
真空室是放置溅射装置和靶材的容器，需要具备良好的密封性能和足够的强度。
抽气系统用于将真空室的气体抽除，通常采用机械泵、分子泵和离子泵等不同类型的真空泵。
测量系统用于监测真空度，常见的测量方法包括热导法、离子真空规和质谱法等。
三、真空度控制溅射过程中需要保持恒定的真空度，以确保薄膜的质量和均匀性。
真空度的控制需要考虑溅射速率、抽气速率和气体流量等因素。
溅射速率是指单位时间内沉积在基底表面的原子或分子数，通常由溅射功率和溅射效率决定。
抽气速率是指单位时间内从真空室中抽出的气体流量，需要根据真空室的尺寸和泄漏率进行合理选择。
气体流量的控制需要根据溅射材料的特性和制备要求进行调整，以避免杂质的污染和气体压力的不稳定。
四、真空泵的选择真空泵的选择需要考虑溅射材料的种类、基底的尺寸和形状以及溅射过程的要求。
机械泵是常见的抽气设备，适用于中低真空，但不能满足高真空的要求。
分子泵和离子泵适用于高真空条件下的抽气，能够提供足够高的抽气速率和良好的真空度。
在选择真空泵时，还需要考虑其抽气速率、抽气效率、可靠性和维护成本等因素。
五、气体控制在溅射过程中，气体的控制非常重要。
首先，需要定期检查和更换溅射室中的气体，以避免杂质的积聚和对薄膜质量的影响。
其次，需要控制溅射室的气体流量，以确保稳定的工作条件。
气体流量的控制可以通过流量控制器和阀门等设备来实现。
最后，需要定期检查和维护气体控制系统，以确保其正常工作和准确控制。
真空溅射镀膜原理
真空溅射镀膜原理
真空溅射镀膜是利用等离子体在真空室中的高速运动，在蒸发材料表面沉积出一层厚度极薄、均匀致密的薄膜，是一种重要的物理气相沉积技术。
与传统的物理气相沉积工艺相比，它具有制备技术成熟、沉积速度快、薄膜厚度均匀、涂层均匀性好等特点，被广泛用于材料表面的镀膜处理。
真空溅射镀膜按其溅射方式不同分为离子镀和磁控溅射两种，它主要是利用强电离气体放电在靶表面形成等离子体，通过控制靶材中原子或离子的运动方向和能量而得到所需的薄膜。
一、离子镀
离子镀是用强电离气体放电在金属或金属与非金属基体之间沉积出一层厚度极薄（几个到几十个原子层）的膜，这是一种比较简单和实用的方法。
其原理是将待镀的金属或非金属基体放入真空室内，在较高真空条件下使其表面电离，在等离子体放电过程中形成离子轰击工件表面，并把能量传给工件。
由于工件表面已被电离，在高速碰撞下可使工件表面形成厚度极薄（几个到几十个原子层）的薄膜。
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真空磁控溅射镀膜原理与技术
真空磁控溅射镀膜原理与技术真空磁控溅射镀膜是一种常用的薄膜制备技术，通过在真空环境中使用磁控溅射装置，将固体靶材溅射成气相离子，然后沉积在基材上，形成一层均匀、致密的薄膜。
这种技术广泛应用于光学薄膜、电子器件、节能涂层等领域。
真空磁控溅射镀膜的原理是利用磁场和靶材上集中的高能离子束，将靶材表面的原子或分子溅射出来，然后沉积在基材上形成薄膜。
具体来说，真空磁控溅射装置包括真空室、靶材、基材和磁控装置。
在真空室中，通过抽气将压力降至10^-3到10^-6帕的真空状态。
当真空室内的气体被抽尽后，向离子源上的靶材施加直流或者交流电，产生高能离子束，击打在靶材上。
同时，在靶材表面施加交变磁场。
这样，气体原子和分子会受到束流的冲击，将离子溅射出来，并通过基材的倾角冲积在基材表面形成薄膜。
磁控装置主要通过磁场对离子进行引导，使得离子束在靶材和基材之间来回移动，进一步增强溅射效果。
真空磁控溅射镀膜技术有以下几个特点：首先，可以在较低的温度下进行薄膜沉积，适用于大多数材料。
其次，由于采用磁场控制，可以获得均匀、致密的薄膜。
再次，能够利用常规的靶材材料，如金属、合金、化合物材料等。
最后，真空磁控溅射镀膜还可通过调整离子束能量和沉积速度来控制薄膜的性质，如厚度、硬度、附着力等。
除了基本的真空磁控溅射镀膜技术，还有一些衍生的技术，如磁控溅射复合镀膜、磁控溅射多层膜、磁控溅射纳米结构膜等。
这些技术在一些特定应用中具有更好的性能，并能满足特定的需求。
总之，真空磁控溅射镀膜技术是一种重要的薄膜制备技术，具有广泛的应用前景。
通过控制离子束能量、磁场强度和沉积条件等参数，可以制备出具有多种特性的薄膜，满足不同领域的需求。
但是，该技术也存在一些问题，如工艺复杂、设备要求高等，需要进一步研究和改进。
真空溅射镀膜技术(资料参考)
3中性原子在室温下的热运动能约为(0.026eV);
4蒸发源蒸发出来的原子能量约(0.1eV)。
5、溅射镀膜的特点正确的是:(A,B,C,D)
A.任何物质均可以溅射，尤其是高溶点，低蒸气压的元素和化合物。
薄膜技术是表面工程三大技术之一。一般 把小于25um大于100nm的膜层称为薄膜，大于 25um的膜层称为厚膜。小于100nm的膜层称为 纳米薄膜。
真空镀膜是薄膜技术的最具潜力的手段， 也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术， 如果离开了真空镀膜，它将会失去半壁江山。
培训知识#
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1. 真空镀膜分为(蒸发镀膜 ) 、(离子镀膜 )、(溅射镀膜 )和(化学气相沉积 )四种 形式,按功能要求可分为(装饰性镀膜)和(功能性镀膜)。
b. 对一个纯金属靶来说，它的表面会有一层(氧化 物)，要想获得纯金属膜，必须将这层氧化物去掉；
c. 对合金或化合物靶，也必须作(预溅射)，使靶 面露出新材料。
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2.荷能粒子 是指具有一定动能的电子、光子、重粒子 （质子、中子、离子、原子）。 如果它们以足够的能量与固体表面碰撞，
但又不足以发生核反应，这时所发生的种种次 级反应是近代真空技术感兴趣的内容。
轻的溅射和原子位移。
4）溅射出的原子能量在5-40eV,
5）溅射时入射原子的能量一般在30-3000eV;
6）离子镀中轰击离子的能量一般在50-5000eV。
7）入射粒子能量在3×104-106eV主要发生非弹
性碰撞ห้องสมุดไป่ตู้高激发能级变得很普遍，电离作用明显，
真空磁控溅射法
真空磁控溅射法真空磁控溅射法是一种常用的薄膜制备技术，通过在真空环境下利用磁场和离子束激发靶材，将靶材原子或分子溅射到基底上，形成薄膜。
本文将从原理、设备、应用等方面介绍真空磁控溅射法。
一、原理真空磁控溅射法基于溅射原理，即利用离子束轰击靶材表面，使靶材原子或分子脱离并沉积在基底表面。
通过在溅射过程中引入磁场，可以增加离子束的密度和能量，提高溅射效率和薄膜质量。
离子束的加速和聚焦通过磁控装置实现，可以调节溅射速率、薄膜成分和微观结构。
二、设备真空磁控溅射设备主要包括真空系统、溅射室、靶材、磁控装置和基底台等组成部分。
真空系统用于提供高真空环境，避免气体干扰；溅射室是溅射过程的主要空间，内部有靶材和基底台；靶材是溅射的原料，可以是金属、合金、氧化物等；磁控装置用于产生磁场，调节离子束的轨迹和能量；基底台用于承载基底，使其能够与离子束相互作用。
三、过程真空磁控溅射的过程主要包括靶材准备、基底处理、真空抽气、溅射沉积等步骤。
靶材在溅射前需要经过加热或退火处理，以提高其结晶度和纯度。
基底需要清洗和处理，去除表面污染物和氧化物。
真空抽气过程是为了创造高真空环境，减少气体分子对溅射过程的干扰。
溅射沉积过程中，通过控制离子束的能量和角度，使溅射物质均匀沉积在基底表面，形成所需薄膜。
四、应用真空磁控溅射法广泛应用于薄膜材料制备和表面改性等领域。
在光电子器件中，可以利用真空磁控溅射法制备导电薄膜、光学薄膜和磁性薄膜等。
在太阳能电池领域，可以利用该技术制备各种吸光层和透明电极。
在显示器件中，可以利用真空磁控溅射法制备透明导电薄膜和液晶配向膜。
此外，真空磁控溅射也可以用于制备防腐蚀涂层、摩擦减磨涂层和硬质涂层等。
真空磁控溅射法是一种重要的薄膜制备技术，具有较高的溅射效率和薄膜质量。
通过调节溅射参数和控制离子束的能量和角度，可以实现对薄膜成分和微观结构的精确控制。
真空磁控溅射在光电子器件、太阳能电池、显示器件等领域具有广泛应用前景。
真空溅射镀膜工艺流程
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真空磁控溅射技术
真空磁控溅射技术
磁控溅射是目前应用最广泛的一种溅射沉积方法。它是在二极直流溅射的基础上，在靶表面附近增加一个磁场。电子由于受电场和磁场的作用，做螺旋运动，大大提高了电子的寿命，增加了电离产额，从而放电区的电离度提高，即离子和电子的密度增加。放电区的有效电阻变小，电压下降。另外放电区集中在靶表面，放电区中的离子密度高，所以入射到靶表面的离子密度大大提高，因而溅射产额大大增加。
根据膜的导电性的高低可定性的将反应溅射过程分为两种模式--金属模式和化合物模式，介乎两者之间是过渡区。一般认为膜的方块电阻在1000之下是金属模式，大于几M为化合物模式。
由于反应气体量的增加，靶面上会形成一层化合物，薄膜成分变化的同时沉积速率下降当气体量按原来增加量减少时，放电曲线及沉积速率都出现滞后现象。
3）极间打火：随阴阳极覆盖化合物，导电性能变差或丧失使电子积累。若要维持辉光放电，必须提高外加电压，结果造成阴极表面化合物的击穿，形成弧光放电。严重的影响溅射过程的稳定性，并造成膜的缺陷。最有效的解决方法是改变放电模式，采用交流及脉冲溅射。
2、中频溅射及脉冲溅射:在靶上加一个交变电压，当工作在负电压阶段时，靶被溅射；工作在正电压阶段时，中和靶面积累的正电荷，这就是交流溅射技术。电压波形是非对称的矩形波的溅射方法称为脉冲溅射；电压波形是对称的方波或正弦波称交流溅射。在一个给定电场强度下，频率越高，溅射产额越低。实验发现在频率为60kHz、80kHz、500kHz和13.5MHz时的溅射产额分别为直流溅射时的100%、85%、70%和55%，通常取10--80kHz。因此也称交流溅射为中频溅射。
二、影响溅射粒子能量的 来自 因素： 1、入射离子的能量对溅射粒子的影响：增大入射离子的能量会使溅射粒子的能量相应增加。在低压强状态下，增加溅射功率是提高入射离子能量的有效途径。如果压强太高，溅射原子在离开靶表面向基体运动的过程中就会与室内的气体分子发生碰撞，降低溅射原子的能量；
真空溅射技术
《真空溅射技术》第一章溅射技术所谓“溅射”就是用荷能粒子(通常用气体正离子)轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。
1842年Grove(格洛夫)在实验室中发现了这种现象。
1877年美国贝尔实验室及西屋电气公司首先开始应用溅射原理制备薄膜。
1966年美国国际商用电子计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜。
1970年磁控溅射技术及其装置出现，它以“高速”、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。
我国在1980年前后，许多单位竞先发展磁控溅射技术。
目前在磁控溅射装置和相应的薄膜工艺研究上也已出现了工业性生产的局面。
第一节溅射理论及其溅射薄膜的形成过程溅射理论被荷能粒子轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射。
关于阴极溅射的理论解释，主要有如下三种。
蒸发论认为溅射是由气体正离子轰击阴极靶，使靶表面受轰击的部位局部产生高温区，靶材达到蒸发温度而产生蒸发。
碰撞论认为溅射现象是弹性碰撞的直接结果。
轰击离子能量不足，不能发生溅射；轰击离子能量过高，会发生离子注入现象。
混合论认为溅射是热蒸发论和碰撞论的综合过程。
当前倾向于混合论。
u辉光放电u直流辉光放电在压力为102-10-1Pa的容器内，在两个电极间加上直流电压后所发生的放电过程如图：电压小时，由宇宙射线或空间残留的少量离子和电子的存在只有很小的电流。
增加电压，带电粒子能量增加，碰撞中性气体原子，产生更多带电粒子，电流随之平稳增加，进入“汤森放电区”。
电流增加到一定程度，发生“雪崩”现象，离子轰击阴极，释放二次电子，二次电子与中性气体原子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生更多的二次电子，如此循环，当产生的电子数正好产生足够多离子，这些离子能够再生出同样数量的电子时，进入自持状态，气体开始起辉，电压降低，电流突然升高，此为“正常辉光放电区”。
放电自动调整阴极轰击面积，最初轰击是不均匀的，随着电源功率增大，轰击面积增大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。
真空磁控溅射镀膜原理与技术
真空磁控溅射镀膜原理与技术
真空磁控溅射镀膜技术是一种高效、环保、高质量的表面处理技术，广泛应用于电子、光学、航空航天、汽车、建筑等领域。
其原理是利用高能离子轰击靶材表面，使靶材原子脱离并沉积在基材表面形成薄膜。
真空磁控溅射镀膜技术的核心是磁控溅射装置。
该装置由真空室、靶材、基材、磁控电源、离子源等组成。
在真空室中，通过抽气将压力降至10^-4Pa以下，然后加入惰性气体（如氩气），使气体分子与靶材表面原子碰撞，产生高能离子。
磁控电源产生磁场，将离子束聚焦在靶材表面，使靶材原子脱离并沉积在基材表面形成薄膜。
真空磁控溅射镀膜技术具有以下优点：
1. 镀膜质量高：由于真空环境下，薄膜表面无气体和杂质污染，因此薄膜质量高，具有良好的光学、电学、机械性能。
2. 镀膜厚度均匀：磁控电源产生的磁场可以使离子束均匀聚焦在靶材表面，使得薄膜厚度均匀。
3. 镀膜速度快：由于离子束能量高，靶材原子脱离速度快，因此镀膜速度快。
4. 环保节能：真空磁控溅射镀膜技术无需使用有机溶剂和化学药品，不会产生废气、废水和废渣，符合环保要求。
真空磁控溅射镀膜技术的应用非常广泛。
在电子领域，可以用于制造集成电路、显示器、太阳能电池等；在光学领域，可以用于制造反射镜、滤光片、透镜等；在航空航天领域，可以用于制造航空发动机叶片、航天器表面涂层等；在汽车领域，可以用于制造汽车玻璃、车身涂层等；在建筑领域，可以用于制造建筑玻璃、金属门窗等。
真空磁控溅射镀膜技术是一种高效、环保、高质量的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
第四章 真空溅射镀膜
5）方式： （普通）直流溅射——二级溅射、 三级或四级溅射 （直流）磁控溅射—— 高频溅射——射频溅射 反应溅射—— 要点：弹粒子入射——成分 惰性气体Ar+ 来源 气体 放电 要求 处于溅射能量阈 低压气体环境（输运过程的 要求）
4.2 直流溅射镀膜 D.C. Sputtering Technique
1）二极溅射
①原理：异常辉光放电产生正离子 ②结构： 镀膜室 基片架及基片 溅射靶 加热装置（促进发射电子） 充气系统——工作气体Ar气，反应气体 抽气系统——本底真空 10-3Pa， 工作真空 1~10Pa 电气系统——放电电源
③缺点： 参数不能单独控制， 靶材必须为良导体，且 易于发射电子 沉积速率低 基片温升高（电子轰击）
②有平行电场时的节距： B//E，且B、E均匀 B、E反向 电子被加速 电子回旋的螺距增大 B、E同向 电子被减速 电子回旋的螺距减小 ③有正交电场时的运动 B⊥E 且B、E均匀 摆线轨 迹（直线运动与圆周运动的合成） 电子在第三轴方向行走，在E方向仅有限高度 摆线轨迹（旋轮线半径）
mE re = 2 eB
2）三极（四极）溅射 结构
阴极、阳极间形成放电，产生等离子体， 其中的正离子轰击低电位的靶（第三极）， 将其溅射沉积在对面的基片上（无电位）。 加稳定性电极（第四极） 改进：放电不依赖阴极的二次电子发射， 正离子、溅射速率由热阴极的发射电流来控制 可控性和重复性好
4.3 （直流）磁控溅射镀膜 Magnetron Sputtering Technique 利用磁场控制电子的运动
4）中频溅射——孪生中频靶 解决采用反应溅射制备化合物类介质膜存在的问题： 金属氧化物沉积过程中，有靶中毒、阳极消失、靶面 和电极打火问题。
4.6磁场计算 Calculation of Magnetic Field Distribution
溅射的基本过程
溅射的基本过程
溅射是一种将固体材料转化为薄膜或涂层的技术，通过在高真空环境下将固体材料蒸发并沉积到基底表面上。
其基本过程包括以下几个步骤：
1. 基底准备：将待溅射的基底进行清洗和处理，确保表面干净、平整，并且与要沉积的材料相容。
2. 高真空环境：将基底放置在真空室中，建立高真空环境，以排除空气和杂质。
3. 靶材安装：将待溅射的材料作为靶材，安装在溅射装置的靶架上。
4. 射频或直流电源：对靶材加上射频或直流电源，使其正极与基底间形成电场，靶材表面的原子进入电场并获得足够的能量。
5. 高能离子：通过加高能离子束轰击靶材或提供辅助能量来击碎靶材表面的键键，并将溅射材料释放到空间中。
6. 溅射沉积：溅射材料以原子或分子状态进入气相，然后通过扩散和沉积到基底表面形成薄膜或涂层。
溅射过程中的气体质量、溅射功率、沉积速率等控制参数对最终薄膜的成分、结构和性质起着重要的影响。
7. 薄膜特性测试：通过各种表征技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜等，对
沉积的薄膜进行表面形貌、结构、化学成分和物理性能等方面的测试。
通过调整溅射参数和材料性质，可以控制沉积薄膜的厚度、成分、结构和性能，使溅射成为一种广泛应用于半导体、光电、材料科学等领域的重要薄膜制备技术。
真空磁控溅射原理
真空磁控溅射原理宝子们！今天咱们来唠唠一个超酷的技术——真空磁控溅射。
这玩意儿听起来就很科幻，是不是？但其实啊，理解起来也没有那么难啦。
咱先来说说啥是溅射。
想象一下，你有一群特别调皮的小粒子，它们就像一群精力旺盛的小捣蛋鬼。
在真空磁控溅射这个场景里呢，有个被称为靶材的东西，就好比是一个装满了这些小捣蛋粒子的大仓库。
这个靶材啊，是由我们想要沉积的材料组成的。
比如说，要是我们想在某个东西表面镀上一层金属膜，这个靶材可能就是一块金属块。
那这些小粒子是怎么从靶材这个“大仓库”里跑出来的呢？这就轮到等离子体出场啦。
等离子体就像是一群超级活跃的小助手。
在真空环境里，我们通过一些手段，比如说加上电压啊，让气体变成等离子体。
这些等离子体里的离子就像一群勇敢的小战士，它们朝着靶材冲过去，然后就和靶材里的原子发生碰撞。
这一碰撞可不得了，就像撞钟一样，“当”的一下，把靶材里的原子给撞得飞出来啦。
这些被撞飞出来的原子就是我们前面说的那些小捣蛋粒子，它们就开始在真空环境里自由自在地飘荡啦。
现在啊，重点来喽，磁控是怎么回事呢？磁控就像是给这些小粒子加上了一道神奇的魔法。
你看啊，在这个系统里有磁场，这个磁场就像一个超级有魔力的围栏。
那些从靶材飞出来的小粒子呢，本来可能会到处乱跑，但是这个磁场就像一个严厉又聪明的管理员，它把这些小粒子的运动轨迹给控制住了。
这样做有什么好处呢？好处可多啦。
一方面呢，它能让更多的小粒子朝着我们想要的方向飞去，就像给小粒子们画了一条专门的跑道一样。
另一方面呢，它还能让这个溅射的过程更加高效。
要是没有这个磁场的控制，那些小粒子可能就像没头的苍蝇一样，到处乱撞，最后真正能够到达我们想要镀膜的物体表面的粒子就少得可怜啦。
那这些被控制着方向的小粒子最后都到哪儿去了呢？它们就会飞向被镀的物体表面啦。
这个被镀的物体就像一个安静等待打扮的小宝贝。
那些小粒子就像漂亮的小装饰，一层一层地落在这个物体的表面上，慢慢地就形成了一层均匀的薄膜。
真空溅镀原理
真空溅镀原理
在真空环境中，被溅射出来的金属原子或离子在真空的作用下，通过加速，使其碰撞到基片上，而处于基片上的金属原子或离子被高速而有效地“捕获”。
在基片上留下一个原子团，这些原子团被称为溅射源。
利用真空溅镀的原理，在真空条件下利用高速电子束对金属材料进行轰击，使其原子或离子在基片上沉积出所需的厚度和性能的薄膜。
电子束轰击金属材料时，与材料发生作用的是高能电子（带负电），而不是材料表面所具有的正离子（带正电）。
所以在轰击金属材料时，发生轰击的束流所携带的能量必须大于被轰击的金属材料表面所能承受的能量（如能量为10 eV）。
如果束流具有足够高的能量，就能使金属表面发生电离（原子被电离为离子）；如果束流较小，则可能使表面上还没有被轰击到的原子或离子产生电离（形成新原子或新离子）。
这时轰击到材料上的束流就具有较高的能量（如束流为30 eV时，每千克金属被轰击产生的能量约为20 eV）。
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《真空溅射镀膜技术》课件
案例二
应用于航空航天领域的高温 抗腐蚀镀层。
案例三
镀膜加工改善光学仪器的性 能和寿命。
总结和展望
通过了解真空溅射镀膜技术的定义、原理、应用等方面，我们可以看到它在各个领域的重要性和应用前 景，希望它能继续发展，为科技进步和社会发展作出更大的贡献。
1 优势
2 挑战
镀膜均匀、致密、附着力强，适用于多种 材料。
设备成本高，杂质控制困难，一些材料难 以镀膜。
真空溅射镀膜技术的发展趋势
1
低成本
2
降低设备和材料成本，提高经济效益。
3
高效率
提高镀膜过程的效率和产量。
绿色环保
减少对环境的污染，发展可持续性。
真空溅射镀膜技术案例分析
案例一
利用溅射镀膜技术提升太阳 能电池的光吸收效率。
真空溅射镀膜技术
《真空溅射镀膜技术》PPT课件将带您深入了解真空溅射镀膜技术的定义、 原理、应用、工艺过程、优势与挑战、发展趋势，以及案例分析。
真空溅射镀膜技术的定义与原理
真空溅射镀膜技术是一种通过在真空环境中利用离子束或电子束轰击材料表面，使其蒸发并沉积到基材 上来形成薄膜的方法。
真空溅射镀膜技术的元件的制备。
汽车行业
用于汽车玻璃的防雾、防刮膜。
太阳能产业
用于制作太阳能电池板的抗反射膜。
建筑行业
用于玻璃幕墙、防爆玻璃等的加工。
真空溅射镀膜的工艺过程
真空溅射镀膜的工艺过程包括：准备基材，装载基材，抽真空，预处理基材表面，选择目标材料，施加 电磁场，形成薄膜。
真空溅射镀膜技术的优势与挑战
简述真空溅射镀膜技术的工作原理
简述真空溅射镀膜技术的工作原理
真空溅射镀膜技术是一种常用于制备薄膜的方法，广泛应用于各种领域，包括
光学、电子、材料科学等。
其工作原理基于物理气相沉积的原理，下面我将对其进行简述。
真空溅射镀膜技术是利用高真空环境下的物理方式将材料转变为原子或分子态，并将其沉积在基底上形成薄膜。
其主要包括以下几个步骤：
1. 高真空环境：首先，在真空室内建立高真空环境，通常是在几个十亿分之一
大气压以下的真空度范围内工作。
这是为了排除杂质和氧气等对薄膜质量的影响，同时为溅射材料的蒸发和离子轰击提供理想条件。
2. 溅射材料：选择所需的材料作为靶材，将其装在溅射源中。
靶材通常是由纯
净的金属或合金制成的。
在真空室中，靶与基底之间通过电极连接。
3. 溅射过程：当加上合适的电压，产生电弧或射频场后，靶材表面的原子或离
子会被加速到很高的速度。
这些由靶材表面“喷射”出的原子或离子会沉积在基底上形成薄膜。
这种喷射过程一般称为溅射。
4. 薄膜生长：通过溅射过程，薄膜会逐渐在基底上生长。
生长速度与激发溅射
原子的能量、数量以及基底与真空室内的位置相关。
5. 薄膜结构：薄膜的微结构和晶体结构主要取决于溅射过程中的能量和温度。
可以通过调节溅射参数来控制薄膜的组分和结构，从而实现特定的性能要求。
总之，真空溅射镀膜技术利用高真空环境下，通过控制溅射材料的蒸发和离子
轰击，将原子或分子沉积在基底上，形成所需的薄膜。
这种技术具有高纯度、较高的附着力和出色的质量控制能力，广泛应用于光学、电子以及其他领域中的薄膜制备。
真空溅射的原理
真空溅射的原理
真空溅射是一种常用的薄膜制备技术，主要用于在基底表面沉积均匀、致密、附着力良好的薄膜。
其原理基于靶材表面的原子或分子在真空条件下被激发，从而将其喷射到基底表面上形成薄膜。
在真空溅射过程中，需要使用真空室将气体抽取至低压状态，以减少空气分子的碰撞对靶材和沉积薄膜的影响。
靶材放置在真空室内的靶架上，通过直流或射频电源施加电压，使靶材带有负电荷。
在电场的作用下，靶材表面的原子或分子被加速并被激发至高能态。
这些高能态的原子或分子有可能发生碰撞并散射，最终有些会到达基底表面，并在那里沉积下来形成薄膜。
在真空溅射过程中，还要使用一个衬底来接收被溅射到基底表面上的靶材原子或分子。
衬底通常是放置在与靶材相对的位置，而且需要被精心选择，以确保沉积薄膜的质量和性能。
真空溅射技术具有一些优点，如制备薄膜的成本较低、可实现多种材料的沉积以及薄膜的厚度和成分可以通过控制靶材和衬底的距离、电压和沉积时间进行调节。
它被广泛应用于电子器件、太阳能电池、光学薄膜以及装饰涂层等领域。
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《真空溅射技术》第一章溅射技术所谓“溅射”就是用荷能粒子(通常用气体正离子)轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。
1842年Grove(格洛夫)在实验室中发现了这种现象。
1877年美国贝尔实验室及西屋电气公司首先开始应用溅射原理制备薄膜。
1966年美国国际商用电子计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜。
1970年磁控溅射技术及其装置出现，它以“高速”、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。
我国在1980年前后，许多单位竞先发展磁控溅射技术。
目前在磁控溅射装置和相应的薄膜工艺研究上也已出现了工业性生产的局面。
第一节溅射理论及其溅射薄膜的形成过程溅射理论被荷能粒子轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射。
关于阴极溅射的理论解释，主要有如下三种。
蒸发论认为溅射是由气体正离子轰击阴极靶，使靶表面受轰击的部位局部产生高温区，靶材达到蒸发温度而产生蒸发。
碰撞论认为溅射现象是弹性碰撞的直接结果。
轰击离子能量不足，不能发生溅射；轰击离子能量过高，会发生离子注入现象。
混合论认为溅射是热蒸发论和碰撞论的综合过程。
当前倾向于混合论。
u辉光放电u直流辉光放电在压力为102-10-1Pa的容器内，在两个电极间加上直流电压后所发生的放电过程如图：电压小时，由宇宙射线或空间残留的少量离子和电子的存在只有很小的电流。
增加电压，带电粒子能量增加，碰撞中性气体原子，产生更多带电粒子，电流随之平稳增加，进入“汤森放电区”。
电流增加到一定程度，发生“雪崩”现象，离子轰击阴极，释放二次电子，二次电子与中性气体原子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生更多的二次电子，如此循环，当产生的电子数正好产生足够多离子，这些离子能够再生出同样数量的电子时，进入自持状态，气体开始起辉，电压降低，电流突然升高，此为“正常辉光放电区”。
放电自动调整阴极轰击面积，最初轰击是不均匀的，随着电源功率增大，轰击面积增大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。
当轰击区域覆盖整个阴极面后，再进一步增加功率，会使放电区内的电压和电流密度同时升高，进入溅射工艺工作区域，即“异常辉光放电区”。
在该区域内，如果阴极没有水冷或继续增加功率，当电流密度达到约0.1A/cm2以上，将有热发射电子混入二次电子之中，随后发生又一个“雪崩”。
由于输入阻抗限制着电压，将形成低压大电流的“弧光放电”。
形成“异常辉光放电”的关键是击穿电压V B，主要取决于二次电子的平均自由程和阴阳极之间的距离。
为了引起最初的雪崩，每个二次电子必须产生出约10-20个离子。
若气压太低或极间距离太小，二次电子撞到阳极之前，无法到达所需要的电离碰撞次数；若气压太高或极间距离太大，气体中形成的离子将因非弹性碰撞而减速，以致于当轰击阴极时，已无足够的能量产生二次电子。
直流辉光放电的形貌和参量分布图：i.阿斯顿暗区，不发生电离和激发；ii.阴极辉光区，气体分子激发发光；iii.阴极暗区，产生很强的电离，具有很高的正离子浓度，有较强的空间电荷；iv.负辉光区，光度最强，有较强的负空间电荷；v.法拉第暗区，电离和激发都很小；不一定是辉光放电必须的，是起连接作用。
vi.正柱区，等离子区，几乎与法拉第暗区等电位；u低频交流辉光放电在频率低于50KHz的交流电压条件下，离子有足够的活动能力且有充分的时间，在每个半周期内在各个电极上建立直流辉光放电。
除了电极交替地成为阴极和阳极之外，其机理基本上与直流辉光放电相同。
我们常用的中频溅射属于这个范围，中频溅射的频率为40KHz。
u射频辉光放电Ø两个重要特征：第一、在辉光放电空间中电子振荡达到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，并且降低了击穿电压。
第二、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体，可以溅射任何材料。
射频辉光放电的阴极室电容耦合电极，阳极接地。
Ø溅射靶和基片完全对称放置于射频辉光放电等离子体中，正离子以均等的机会轰击溅射靶和基片，溅射成膜是不可能的。
实际上，只要求靶上得到溅射，那么这个电极(溅射靶)必须绝缘起来，并通过电容耦合到射频电源上；另一个电极(真空室壁)为直接耦合电极(即接地极)，而且靶面积必须比直接耦合电极小。
实验证明：在射频辉光放电等离子体中阴极电压Vc与阳极电压Va之比于阳极面积Aa和阴极面积Ac之比存在如下关系：Vc/Va=(Aa/Ac)4。
由于Aa >> Ac,所以Vc >> Va，放射频辉光放电时，等离子体重离子对接地零件只有极微小的轰击，而对溅射靶却进行强烈轰击并使之产生溅射。
下图为小的容性耦合电极(靶)至大的直接耦合电极之间发生射频辉光放电时，极间电位的分布图。
u溅射过程u靶材的溅射现象下图为荷能离子碰撞表面所产生的各种现象：在等离子体中，任何表面具有一定负电位时，就会发生上述溅射现象，只是强弱程度不同而已。
所以靶、真空室壁、基片都有可能产生溅射现象。
以靶的溅射为主时，称为溅射成膜；对基片进行溅射现象称为溅射刻蚀；真空室和基片在高压强下的溅射称为溅射清洗。
我们一般应用为溅射成膜，在各种现象中，人们最关心的是溅射效应，即被正离子轰击出来的靶材中性粒子的数量，称为溅射量S。
溅射率ç：表示一个正离子入射到靶材表面从其表面上所溅射出来的原子数。
u溅射粒子向基片的迁移过程靶材受到轰击所放出的粒子中，正离子由于逆向电场的作用是不能到达基片上的，其余粒子均会向基片迁移。
压强为101-10-1Pa，粒子平均自由程约为1-10cm，因此靶至基片的空间距离应与该值大致相等。
否则，粒子在迁移过程中将发生多次碰撞，即降低靶材原子的能量又增加靶材的散射损失。
虽然靶材原子在向基片迁移的过程中，因碰撞(主要与工作气体分子)而降低其能量，但是，由于溅射出的靶材原子能量远远高于蒸发原子的能量，所以溅射镀膜沉积在基片上的靶材原子的能量较大，其值相当于蒸发原子能量的几十至一百倍。
u粒子入射到基片后的成膜过程应考虑如下问题：Ø沉积速率指从靶材上溅射出来的材料，在单位时间内沉积到基片上得厚度，与溅射速率成正比。
在选定镀膜环境以及气体的情况下，提高沉积速率的最好方法只有提高离子流。
不增加电压条件下增加离子流只有提高工作气体压力。
如图所示，气体压力与溅射率的关系曲线，当压力增高到一定值时，溅射率开始明显下降。
其原因是靶材粒子的背返射和散射增大，导致溅射率下降。
所以由溅射率来考虑气压的最佳值是比较合适的，当然应当注意由于气压升高影响薄膜质量的问题。
Ø沉积薄膜的纯度沉积到基片上得杂质越少越好。
这里所说的杂质专指真空室残余气体。
解决的方法是:1、提高本底真空度2、提高氩气量。
为此，在提高真空系统抽气能力的同时，提高本底真空度和加大送氩量是确保薄膜纯度必不可少的两项措施。
就溅射镀膜装置而言，真空室本底真空度应为10-3-10-4Pa。
Ø沉积成膜过程中的其它污染²真空室壁和室内构件表面所吸附的气体。
采用烘烤去气方法。
²扩散泵返油。
配制涡轮分子泵或冷凝泵等比较好。
²基片清洗不彻底。
应尽可能保证基片不受污染和不带有颗粒状污染物。
Ø成膜过程中的溅射条件u溅射气体的选择应具备溅射率高、对靶材呈惰性、价格便宜、来源方便、易于得到高纯度的气体。
一般采用氩气。
u溅射电压及基片电位溅射电压及基片电位(即接地、悬浮或偏压)对薄膜特性的影响严重。
溅射电压不但影响沉积速率，而且严重英雄薄膜的结构。
基片电位直接影响入射的电子流或离子流。
1. 基片接地处于阳极电位，则它们受到等同电子轰击。
2. 基片悬浮，在辉光放电空间取得相对于地电位稍负的悬浮电位V f。
而基片周围等离子体电位V P高于基片电位为(V f+V P)，将引起一定程度的电子和正离子的轰击，导致膜厚、成分或其它特性的变化。
如下图:3. 假如基片有目的地施加偏压，使其按电的极性接收电子或离子，不仅可以净化基片增强薄膜附着力，而且还可以改变薄膜的结晶结构。
u基片温度u高纯度的靶材1. 必须具备高纯度的靶材和清洁的靶表面。
2. 溅射沉积之前对靶进行预溅射，使靶表面净化处理。
u由于溅射装置中存在多种参数间的相互影响，并且综合地决定溅射薄膜的特性，因此在不同的溅射装置上，或制备不同的薄膜时，应该对溅射工艺参数进行试验选择为宜。
第二节溅射薄膜的特点u膜厚可控性和重复性好Ø控制靶电流可以控制膜厚Ø通过溅射时间控制膜厚u薄膜与基片的附着力强Ø高能量的溅射原子产生不同程度的注入现象，形成一层伪扩散层Ø基片在成膜过程中始终在等离子区中被清洗和激活，清除了附着力不强的溅射原子，净化且激活基片表面。
u可以制备特殊材料的薄膜Ø可溅射几乎所有的固体(包括粒状、粉状的物质)，不受熔点的限制。
Ø使用不同材料同时溅射制备混合膜、化合膜。
Ø可制备氧化物绝缘膜和组分均匀的合金膜。
Ø可通入反应气体，采用反应溅射方法制备与靶材完全不同的新的物质膜。
如用硅靶制作二氧化硅绝缘膜；用钛靶，充入氮气和氩气，制备氮化钛仿金膜。
u膜层纯度高Ø没有蒸发法制膜装置中的坩埚构件，溅射膜层不会混入坩埚加热器材料的成分。
u缺点：成膜速度比蒸发镀膜低、基片温升高、易受杂质气体影响、装置结构复杂。
第三节溅射应用范围简介第二章直流溅射镀膜依据直流辉光放电原理制造的镀膜装置统称为直流溅射镀膜装置，利用这种装置溅射的各种工艺统称为直流溅射镀膜工艺。
第一节直流二极溅射装置直流二极溅射装置示意图1—真空室；2—加热片；3—阴极(靶)；4—基片(阳极)；5—氩气入口；6—负高压电源；7—加热电源；8—真空系统u电源采用直流。
u靶材必须是导体。
u靶上通以负高压。
u阴极靶与基片间的距离大于阴极暗区的3-4倍较为合适。
u直流二极溅射工作原理图：第二节偏压溅射装置u与直流二极溅射的区别在于基片上施加一固定直流偏压。
u偏压使基片表面在薄膜沉积过程中，受到气体离子的稳定轰击，消除可能进入薄膜表面的气体，提高薄膜的纯度。
u偏压可以清除附着力较差的沉积粒子，可以在沉积之前对基片进行轰击清洗，净化表面，提高薄膜的附着力。
u偏压使荷能粒子(一般指正离子)不断地轰击正在形成的薄膜表面，一方面提高膜层的强度，另一方面降低了膜层的生成速度。
u偏压较大时，能产生少量非膜材离子(如氩离子)的参杂现象。
为保证膜纯度，应选择适当的偏压值。
直流偏压溅射示意图1—溅射室；2—阴板；3—基片；4—阳极；5—接抽气系统；6—氩氧气入口第三节三极或四极溅射装置u三极溅射是用热电子强化放电的一种方式，它能使溅射速率比二极溅射有所提高，又能使溅射工况的控制更方面。