磁控溅射技术和透明导电薄膜讲义教材
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》一、引言透明导电氧化物薄膜作为一种重要的功能材料，在光电、电磁、热学等领域具有广泛的应用。
近年来，随着科技的发展，透明导电氧化物薄膜的制备技术也在不断进步。
其中，磁控溅射法因其制备工艺简单、薄膜质量高、可重复性好等优点，成为制备透明导电氧化物薄膜的常用方法之一。
本文将详细介绍磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜的过程，并对其性能进行研究。
二、磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜2.1 实验材料与设备实验材料主要包括靶材（如氧化锡、氧化铟等）、基底（如玻璃、石英等）以及氩气等。
实验设备为磁控溅射镀膜机，该设备具有高真空度、高溅射速率、低损伤等特点。
2.2 制备过程（1）将基底清洗干净，放入磁控溅射镀膜机中；（2）将靶材安装在磁控溅射镀膜机的靶材托盘上；（3）将氩气通入磁控溅射镀膜机内，调整气压至合适范围；（4）开启磁控溅射镀膜机的电源，调节溅射功率和溅射时间；（5）当靶材表面开始发生溅射现象时，基底上的透明导电氧化物薄膜开始沉积；（6）在设定的时间结束后，关闭电源，停止溅射。
2.3 工艺参数优化在实验过程中，可以通过调整磁控溅射镀膜机的工艺参数（如溅射功率、溅射时间、工作气压等），来优化透明导电氧化物薄膜的制备过程。
在实验过程中，需要控制好各参数的配合关系，以获得最佳的薄膜质量和性能。
三、性能研究3.1 结构性能研究通过X射线衍射（XRD）技术对制备的透明导电氧化物薄膜进行结构分析。
通过XRD图谱可以确定薄膜的晶体结构、晶格常数等参数。
此外，还可以利用扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜的表面形貌，分析薄膜的致密性和颗粒大小。
3.2 电学性能研究通过四探针法测量透明导电氧化物薄膜的电阻率、方块电阻等电学性能参数。
同时，还可以通过霍尔效应测试等方法研究薄膜的载流子浓度、迁移率等电学性质。
通过这些研究，可以评估薄膜的导电性能及其在器件中的应用潜力。
3.3 光学性能研究通过紫外-可见光分光光度计（UV-Vis）测量透明导电氧化物薄膜的光学性能参数，如透光率、反射率等。
直流磁控溅射制备ZAO透明导电薄膜及性能研究
Ｚ ＡＯ薄 膜具 有很 好 的可 见光 透 过性 ， 其 可 见 光透 射 率
在 ９ ０ 左 右 。同时 ， Ｚ ＡＯ 薄 膜 还 是 很 好 的 发 光 材
料 ］ ， 调 节材 料结 构可 发 出不 同波 长 的光 ， 以满 足不 同
领域 光 电器 件 的 需 求 。Ｚ ｎ Ｏ ：ＡＩ（ Ｚ Ａｏ） 更 是 被认 为 迄今 为 止最佳 Ｉ Ｔ Ｏ 薄 膜替代 品 。二 者 相 比 而言 ， Ｚ ＡＯ 薄膜 不仅 具有 与 Ｉ ＴＯ 可 比拟 的 电学 和光 学 特 性 ， 而 且 有储 量 丰富 、 易 于 制造 、 成 本 较低 、 无毒、 稳定性好 （ 特 别是 在 氢等 离 子体 中 ） 等 优 点口 ］ ， 使 其 在 太 阳 能 电池 、
１ 引 言
Ｚ ｎ Ｏ 及其 掺 杂 体 系 的 薄 膜 研 究 是 近 年 来 研 究 的 热点 ， 向Ｚ ｎ Ｏ 中掺入 的 Ａ１ 替位 Ｚ ｎ后就 产生 了一个 多 余 的价 电子 ， 因 此 掺 杂 Ａｌ 元 素 的结 果 是 增 加 了 净 电 子， 使Ｚ ＡＯ薄膜 具 有很 好 的导 电性 ＿ １ ］ 。此 外 ， Ｚ ＡＯ 薄 膜因其禁带宽度较 宽， 吸 收短 波 限 小 于 可 见 光 ， 使 得
数， 在普 通玻 璃衬 底上 制 备 了 Ｚ ｎ Ｏ： Ａ１ （ Ｚ Ａ０） 透 明导
百分 比 ２ Ｏ ， 退 火温度 ４ ０ ０ ℃， 获得 薄膜 样 品 最低 方 块 电阻 １ １ Ｑ ／ 口， 薄膜 具 有 最 好 的发 光 性 能 ， 适 合 作 为 薄
膜 太 阳电池 的透 明导 电 电极 。
的 晶体 结构 、 表 面形貌 、 光 电性 能进 行表 征 分 析 。通过
正 交分析 法得 出直流 磁 控 溅 射 法 制备 ｚ ＡＯ 薄 膜 的 最
磁控溅射技术及其应用PPT课件
基于 TiO2光催化作用的自清洁玻璃亦将成为一个巨大的新兴产业。玻璃表 面所镀的TiO2膜或其他半导体膜还能分解空气中的有机物，以净化空气，且 催化空气中的氧气使之变为负氧离子，从而使空气变得清新，同时能杀灭玻 璃表面的细菌和空气中的细菌。
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谢谢聆听
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• 打弧：当靶材表面化合物层电位足够高时，进而发生击穿，巨大的电流 流过击穿点，形成弧光放电，导致局部靶面瞬间被加热到很高的温度， 发生喷射出现“打弧”现象。
• 靶中毒和打弧导致了溅射沉积的不稳定，缩短了靶材的使用寿命！ • 解决办法：最为有效解决直流反应溅射靶中毒和打弧问题的方式是改变
溅射电源，如采用射频，中频脉冲电源。
• 随着工业薄膜制备的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射技术 如高速溅射、自溅射等成为目前磁控溅射领域新的发展趋势。
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二、磁控溅射镀膜技术原理
1、直流二级溅射
• 直流二级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。
提高溅射的效率和沉积速率 •缺 点 ： 不 适 用 于 较 大 的 工 件 和 装 炉 量
易生成多孔粗糙柱状结构薄膜
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三、磁控溅射镀膜技术发展
2、非平衡磁控溅射技术
•非 平 衡 磁 控 溅 射 技 术 部 分 解 决 了 平 衡 磁控溅射的不足,使阳极基片沉浸在等 离子体中,减少了粒子移动的距离。 •“ 非 平 衡 ” 是 对 溅 射 靶 表 面 磁 场 分 布 而言，有两种结构，一种是边缘强一种 是中部强。这样溅射出来的原子和粒子 沉积在基体表面形成薄膜，且等离子体 以一定的能量轰击基体，起到辅助沉积 的作用，大大地改善了膜层的质量
磁控溅射镀膜原理及工艺PPT学习教案
其中磁控溅射可以被认为是镀膜技术 中最突出的成就之一。它以溅射率高、 基片温升低、膜-基结合力好、装置性能 稳定、操作控制方便等优点，成为镀膜 工业应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透 明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对大 面积的均匀性有特别苛刻要求的连续镀 膜场合)的首选方案。
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膜材料、功率、阴极的数量以及膜层的种类的
不同，通常的运行范围是每分钟90 ~ 400（大
约为2.286
~
10.16
米）英寸之间。 第17页/共44页
2.1.5 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。
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通常将欲沉积的材料制成板材-靶，固定 在 阴极上。基片置于正对靶面的阳极上，距靶 一定距离。系统抽至高真空后充入（10～1） 帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间 加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放 电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与 靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原 子称为溅射原子，其能量在1至几十电子伏 范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。
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2.1.4 传动速度
玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行
的。低传动速度使玻璃在阴极范围内经过的时
间更长，这样就可以沉积出更厚的膜层。不过，
为了保证膜层的均匀性，传动速度必须保持恒
《磁控溅射镀膜技术》课件
基本步骤和流程
沉积过程的影响。
3
溅射沉积
4
开启磁控溅射系统，控制溅射功率、 溅射时间和沉积速率。
准备工作
清洗基板，装载靶材和目标材料。
预处理
通过表面处理方法优化基板表面，提 高沉积质量。
优势和特点
1 高沉积速率
2 良好的附着力
磁控溅射镀膜技术
磁控溅射镀膜技术是一种高效、精确的薄膜沉积技术，利用磁场和离子束将 材料蒸发并沉积到基板上。
定义和原理
磁控溅射镀膜利用磁场产生的影响力将靶材表面的原子或分子击出，并通过离子束进行沉积。它基于磁 控电子密云的原理。
1 磁场作用
通过磁场控制离子束的 运动，实现靶材表面原 子的击出。
2 离子束沉积
提高沉积效率、减少材料浪费和能耗。
总结和展望
磁控溅射镀膜技术是一项极为重要的薄膜制备技术，具有广泛的应用前景和发展空间。持续的科技创新 将进一步推动其发展。
基板
用于接收沉积的薄膜，可以是 玻璃、硅基片等。
发展现状和趋势
磁控溅射镀膜技术在各个领域得到广泛应用，随着纳米科技的发展，其在导电膜、光学薄膜等方 面仍有进一步发展的潜力。
1 纳米制备
应用纳米材料和纳米结构进行高性能薄膜制备。
2 多功能薄膜
开发具备多种功能的复合薄膜，如防反射、传感等。
3 绿色环保
离子束具有高速度和高 能量，可实现高效的薄 膜沉积。
3 磁控电子密云
通过磁场调节电子密云， 优化离子束的特性和运 动。
应用领域
光学薄膜
用于制备反射镜、透镜等光学元件，提高光 学系统性能。
防护涂层
用于制备防腐、抗磨损等涂层，延长材料寿 命。
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》一、引言透明导电氧化物（TCO）薄膜作为一种具有优异光学性能和电学性能的材料，广泛应用于光电显示、太阳能电池等领域。
随着科技的发展，对TCO薄膜的性能要求日益提高，制备工艺的优化和性能研究显得尤为重要。
磁控溅射法作为一种常用的制备TCO薄膜的方法，具有制备工艺简单、薄膜质量高等优点。
本文将详细介绍磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜的工艺流程、实验方法及薄膜性能的研究。
二、磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜1. 实验材料与设备实验材料主要包括靶材（如氧化锡（SnO2）或氧化铟（In2O3）等）、基底（如玻璃或石英等）、溅射气体（如氩气等）。
实验设备主要包括磁控溅射镀膜机、真空泵等。
2. 实验方法（1）基底处理：将基底清洗干净，并进行预处理，以提高薄膜与基底的附着力。
（2）靶材制备：将靶材固定在磁控溅射镀膜机的靶位上。
（3）真空环境：将镀膜机腔体抽至高真空状态，以去除腔体内的杂质和气体。
（4）溅射镀膜：在磁控溅射镀膜机中，通过调节溅射功率、气体流量、基底温度等参数，实现TCO薄膜的制备。
三、薄膜性能研究1. 光学性能通过紫外-可见光谱仪测试TCO薄膜的透光率，分析薄膜的光学带隙、光学常数等性能。
同时，还可以通过SEM（扫描电子显微镜）观察薄膜的表面形貌，分析薄膜的光散射性能。
2. 电学性能采用四探针法或霍尔效应测试仪等设备测试TCO薄膜的电阻率、载流子浓度和迁移率等电学性能参数。
通过分析这些参数，可以评估TCO薄膜的导电性能和稳定性。
四、结果与讨论1. 实验结果通过磁控溅射法制备的TCO薄膜具有较高的透光率和较低的电阻率，满足光电显示、太阳能电池等领域的应用需求。
此外，薄膜的表面形貌良好，光散射性能较低。
在实验过程中，通过调整溅射功率、气体流量、基底温度等参数，可以实现对TCO薄膜性能的优化。
2. 结果讨论（1）溅射功率对TCO薄膜性能的影响：随着溅射功率的增加，薄膜的结晶性和致密度提高，从而提高了薄膜的透光率和导电性能。
《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
磁控溅射原理详细介绍课件
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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。
磁控溅射原理详细介绍ppt课件
V=E-IR
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
(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。
6
第一部分 真空镀膜基础
1.4 薄膜技术
薄膜技术主要包括薄膜的制备技术和薄膜材料研究，薄膜的制备技术又称为镀膜技术。薄膜的制备 方法以气相沉积方法为主，包括物理气相沉积方法（PVD）和化学气相沉积方法(CVD)。
磁控溅射原理详细介绍
第一部分 真空镀膜基础
1.1 气体与固体的相互作用
气体与固体相互作用后的结合，主要是通过物理吸附和化学吸附来实现的。一个气相原子入射到基 体表面，能否被吸附，是物理吸附还是化学吸附，是一个比较复杂的问题。固体表面与体内在晶体结构上 的一个重大差异是原子或分子间的结合化学键中断，原子或分子在固体表面形成的这种间断键称为不饱和 键或悬挂键，它具有吸引外来原子或分子的能力。入射到基体表面的气相原子被这种不饱和键吸引住的现 象称为吸附。如果用键的观点加以考虑，物理吸附是因为固体表面上的原子键已处于饱和状态，表面变得 不活泼，表面上只是由于范德瓦尔斯力(分子力)、电偶极子和四重极子等静电的相互作用使原子和分子间 产生吸附作用而结合;化学吸附则是由于物体表面上的原子键不饱和而与表面附近原子和分子进行结合， 其中包括共有或交换电子的离子结合、原子结合、金属结合等。
第八章 实验一 磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜-2012
磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜授课老师：张群材料科学系实验目的： 1. 掌握磁控溅射镀膜系统的原理和操作方法2. 掺锡氧化铟（ITO）透明导电氧化物薄膜的制备一．引言透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide, TCO）薄膜是一种高简并态的氧化物半导体材料，以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示和太阳电池等领域。
TCO薄膜材料一般具有载流子浓度高，费米能级（E F）位于导带能级（E C）以上，电阻率小（可低至10-4 Ω·cm），禁带宽度宽（>3 eV）等特点，使薄膜在具有良好的导电性的同时在可见光范围具有高的透射率（>80 %）。
其中常见的TCO材料是掺锡氧化铟In2O3:Sn（ITO）、掺氟氧化锡SnO2:F（FTO）和掺铝氧化锌ZnO:Al（AZO）薄膜。
由于ITO薄膜具有优良的电学和光学性能，获得了广泛的应用，几乎成为TCO薄膜的代名词。
ITO薄膜除了具有上述TCO 薄膜的共性之外，还具有紫外线吸收率大，红外线反射率高，微波衰减性好等特点。
另外，膜层具有很好的酸刻、光刻性能，便于细微加工，可以被刻蚀成不同的电极图案等良好的加工性能。
图1是1970-2000年间报道的In2O3 , ZnO和SnO2基透明导电薄膜的电阻率，显然，ITO具有最小的电阻率。
图1 1970-2000年间报道的In2O3 (△), ZnO (●)和SnO2(□)基薄膜的电阻率二. 磁控溅射镀膜磁控溅射是二十世纪七十年代发展起来的一种新型溅射技术，目前在科学研究和大量生产方面都获得了广泛的应用。
磁控溅射镀膜具有高速、低温和低损伤等优点。
高速是指成膜速率快，低温和低损伤是指基板的温升低、薄膜表面损伤小。
1. 磁控溅射镀膜工作原理所谓溅射是指将具有一定能量的粒子（离子）轰击靶材表面，使得靶材原子或分子从表面射出的现象。
溅射镀膜就是利用溅射效应，使射出的原子或分子在基板表面沉积形成薄膜。
《磁控溅射镀膜技术》课件
要点二
溅射参数与工艺条件
溅射参数和工艺条件对磁控溅射镀膜的沉积速率、膜层质 量、附着力等有着重要影响。主要的溅射参数包括工作气 压、磁场强度、功率密度等，工艺条件包括基材温度、气 体流量和组成等。通过对这些参数的优化和控制，可以获 得具有优异性能的膜层。
磁控溅射镀膜设备
03
与系统
磁控溅射镀膜设备的组成
多元靶材磁控溅射
技术
研究多种材料同时溅射的工艺技 术，实现多元材料的复合镀膜， 拓展镀膜材料的应用范围。
磁控溅射与其他技术的结合应用
磁控溅射与脉冲激光沉积技术结合
01
通过结合两种技术，实现快速、大面积的镀膜，提高生产效率
。
磁控溅射与化学气相沉积技术结合
02
利用化学气相沉积技术在磁控溅射的基础上进一步优化镀膜性
磁控溅射机制
在磁场的作用下，电子的运动轨迹发生偏转，增加与气体分子的碰撞概率，产 生更多的离子和活性粒子，从而提高了溅射效率和沉积速率。
磁控溅射镀膜的工艺流程
要点一
工艺流程概述
磁控溅射镀膜的工艺流程包括前处理、溅射镀膜和后处理 三个阶段。前处理主要是对基材进行清洗和预处理，确保 基材表面的清洁度和粗糙度符合要求；溅射镀膜是整个工 艺的核心部分，通过控制溅射参数和工艺条件，实现膜层 的均匀、致密和附着力强的沉积；后处理主要包括对膜层 的退火、冷却和清洗等处理，以优化膜层性能。
纳米薄膜的制备与应用
总结词
纳米薄膜因其独特的物理和化学性质在许多 领域具有巨大的应用潜力。
详细描述
磁控溅射技术可以用于制备纳米级别的薄膜 ，如纳米复合材料、纳米陶瓷、纳米金属等 ，这些薄膜在催化剂、传感器、电池等领域 有广泛应用。
其他领域的应用研究
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
ONE
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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 。
磁控溅射技术制备A1203掺杂ZnO透明导电膜的性能
・
３２・ ２
材料 导报
２ １ 年 ５月第 ２ 专辑 ｌ ０１ ５卷 ７
磁 控 溅射 技 术 制备 Ａ ２ ３ 杂 Ｚ Ｏ 透 明导 电膜 的性 能 ｌ 掺 Ｏ ｎ
田 力 ， 世 洪 唐
（ 首大学物理科学与信息工程学 院， 吉 吉首 ４ ６０ ） １００
摘 要 以 纯 度 为 ９ ． 的 ９ （ 量分 数 ） ｎ ２ （ 量 分 数 ） ２ ｓ陶 瓷靶 为 溅 射 靶 材 ， 用 射 频 磁 控 溅 ９９ ８ 质 Ｚ Ｏ、 质 Ａ１ Ｏ 采
射法在玻 璃衬底上制备 了 Ａｌ 掺 杂的 Ｚ ０ 薄膜 。采 用 Ｘ射线衍 射仪 、 ｚ ０３ ｎ 扫描 电子显微镜 、 紫外可见光谱仪等 方法测 试和分析 了不 同衬底温度 、 溅射偏压 以及退 火工艺对 ｚ Ａ０薄膜形貌结构 、 电学性能 的影响。结果表 明， 光 在衬 底温 度 ２ ０ 溅射时 间 ３ ｍｉ、 ０ ℃、 ０ ｎ 负偏压 ６ Ｖ、 火温度 ３ ０ Ｏ 退 ０ ℃时制得 的薄膜的可见光 透过 率为 ８ ， １ 最低 电阻率为 ９ ２ ．×
０ 引言
Ａｌ 。 ２ 掺杂 Ｚ Ｏ Ｚ ０ 薄膜具有 Ｚ Ｏ薄膜 的六角纤锌 ０ ｎ （Ａ ） ｎ 矿结构 ， 在可见光及近红外光区具有 优 良的光透过率、 红外 光 区高的反射率 ， 是薄膜太阳能电池透 明导 电层 的理想材 料［］ 目 ， １ 。 前 应用 金属有 机物化 学气 相沉 积 （ Ｃ Ｄ ［和 ＭＯ Ｖ ） ３ 电子束 蒸发 法 （ Ｂ Ｅ ［等技术 均 能得 到具 有一 定 表 面粗糙 Ｅ Ｒ ）］ ４ 度的 Ｚ ＡＯ透明导电薄膜。利用陶瓷靶射频磁控溅射制备的 Ｚ Ｏ透明导电薄膜具有溅射粒子能量高 、 Ａ 与基底的附着性好 和致密性强的特点 ， 而且该溅射技术可实现大面积镀膜［ ， ｓ ］ 使薄膜表面的均匀性好且生产成本低 ， 从而适应大规模工业 化生产的需求［。本实验通过改变溅射过程 中衬底温度、 ６ ］ 偏 压以及热处理工艺研究了各参数对射频溅射 Ｚ ０薄膜性能 Ａ 的影响 ， 结果表明， 调节衬底温度等实验参数溅射制备 出的 Ｚ Ｏ薄膜具有织构化表面结构 ， Ａ 作为太阳能电池透明导电层 可以增加入射光在电池吸收层 中的光程， 从而有效提高电池
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》一、引言随着现代电子技术的飞速发展，透明导电氧化物薄膜（TCO 薄膜）在平板显示、太阳能电池、触摸屏以及电磁波屏蔽等领域有着广泛的应用。
其性能的优劣直接关系到器件的电学、光学以及机械性能。
磁控溅射法作为一种重要的薄膜制备技术，因其高沉积速率、良好的膜层均匀性和优异的膜基结合力等优点，被广泛应用于TCO薄膜的制备。
本文将详细介绍磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜的工艺流程，并对其性能进行深入研究。
二、磁控溅射法原理及设备介绍磁控溅射法是一种物理气相沉积技术，其原理是在真空环境下，利用高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子获得能量并溅射出来，最终沉积在基底上形成薄膜。
磁控溅射设备主要由真空系统、溅射靶材、基底加热装置、磁场系统和控制系统等部分组成。
三、透明导电氧化物薄膜的制备（一）材料选择与靶材制备在磁控溅射法制备TCO薄膜的过程中，选择合适的靶材是关键。
常用的靶材包括氧化锡（SnO2）、氟掺杂氧化锡（FTO）等。
这些靶材具有较高的电导率和可见光透过率，适合用于制备TCO 薄膜。
（二）工艺流程1. 基底准备：清洗基底表面，去除杂质和油脂，提高基底与薄膜的结合力。
2. 真空环境：将基底放入磁控溅射设备中，并抽至高真空环境。
3. 靶材选择与制备：根据需要选择合适的靶材并安装在设备上。
4. 溅射条件设置：根据靶材和基底材料，设置适当的溅射功率、气压和温度等参数。
5. 溅射过程：开始溅射，使靶材表面的原子或分子溅射出来并沉积在基底上形成薄膜。
6. 退火处理：为了提高薄膜的性能，可在一定温度下进行退火处理。
（三）工艺参数优化通过实验，优化磁控溅射法的工艺参数，如溅射功率、气压、温度等，以获得性能优异的TCO薄膜。
四、透明导电氧化物薄膜的性能研究（一）电学性能研究通过测量TCO薄膜的电阻率、载流子浓度和迁移率等参数，研究其电学性能。
分析不同工艺参数对电学性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
实验4磁控溅射法制备薄膜材料资料讲解
实验4磁控溅射法制备薄膜材料实验4 磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的1. 掌握真空的获得2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法二、实验原理磁控溅射属于辉光放电范畴，利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，因而大大增加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。
1. 辉光放电：辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。
溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。
不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。
如图1（a）所示为一个直流气体放电体系，在阴阳两极之间由电动势为的直流电源提供电压和电流，并以电阻作为限流电阻。
在电路中，各参数之间应满足下述关系：V=E-IR使真空容器中Ar气的压力保持一定，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(b)中曲线的开始阶段所示的那样。
图1 直流气体放电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。
磁控溅射原理与应用 ppt课件
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溅射速率
一般来说：提高电压可以提高离化率。这样电流会增加，所 以会引起阻抗的下降。提高电压时，阻抗的降低会大幅度地 提高电流，即大幅度提高了功率。如果气体压强不变，溅射 源下的基片的移动速度也是恒定的，那么沉积到基片上的材 料的量则决定于施加在电路上的功率。在 VONARDENNE镀膜 产品中所采用的范围内，功率的提高与溅射速率的提高是一 种线性的关系。
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经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚， 最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。而Ar+离子在高 压电场加速作用下，与靶材的撞击并释放出能量，导致靶材 表面的原子吸收Ar+离子的动能而脱离原晶格束缚，呈中性 的靶原子逸出靶材的表面飞向基片，并在基片上沉积形成薄 膜。
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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物体上去。
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三种对比图
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磁控溅射工艺研究
在气体可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
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可变参数
溅射过程中，通过改变改变这些参数可以进行工艺的动态控制。 这些可变参数包括：功率、速度在、气体的种类和压强。
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功率
每一个阴极都具有自己的电源。根据阴极的尺寸和系统设计， 功率可以在0~150KW(标称值)之间变化。电源是一个恒流源。 在功率控制模式下，功率固定同时监控电压，通过改变输出 电流来维持恒定的功率。在电流控制模式下，固定并监控输 出电流，这时可以调节电压。施加的功率越高，沉积速率就 越大
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电子在正交电磁场中的运动
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磁控溅射靶材结构图
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磁控溅射仪器结构图
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磁控溅射仪器外观
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大型多弧离子/磁控溅射镀膜机。可在较 大体积的工件表面镀制厚度均匀的金属 、合金、氧化物、氮化物、碳化物、硼 化物等防腐、耐磨、导电透明等多种功 能薄膜。
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透明导电薄膜种类
• 氧化铟锡（ITO） • 掺铝氧化锌（ZAO） • 多层结构：
ITO/Ag/ITO、TiO2/Ag/TiO2、ITO/ZnO、 SiO2/ITO
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ITO薄膜电学性能
• 电阻率 7×10-5~10-4Ω•cm 与金属铅导电能力接近。
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ITO薄膜光学性能
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其他性能
• 反射红外线（热镜） • 反射电磁波（>80%） • 吸收紫外线
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透明导电薄膜的应用
• 液晶显示器（LCD）
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• 触摸屏
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• 太阳能电池
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• 除霜防雾
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ห้องสมุดไป่ตู้ 保温、隔热
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磁控溅射技术的优点
• 薄膜与基底的结合力强。 • 镀膜均匀，可镀大面积薄膜。 • 镀膜种类丰富：各种金属(合金)薄膜
各种金属氧化物、碳化物、氮化物、硼 化物等薄膜 其它(如类金刚石薄膜等) 基底种类丰富：金属、玻璃、陶瓷、 有机玻璃(薄膜)等
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透明导电薄膜
• 厚度：几十～几百纳米 • 透明性：与玻璃接近 • 导电性：与金属接近
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• 薄膜的种类及应用 • 磁控溅射技术原理及应用 • 透明导电薄膜性能及应用
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• 薄膜： 在固体表面上镀上一层于基体材料不同
的薄层材料。 • 厚度通常在几微米以下。
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电学薄膜
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光学薄膜
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机械薄膜
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装饰薄膜
• 电磁屏蔽
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• 军事领域： 雷达隐身
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透明导电薄膜发展前景
• 材料的选择：开发新材料 • 应用：拓展新领域
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谢谢！
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薄膜的制备手段
• 气相法： 化学气相沉积（CVD） 物理气相沉积（PVD）——热蒸发 溅射 离子镀 分子束外延
• 液相法：化学镀、电镀、浸渍镀等。 • 其他方法：喷涂、涂敷等。
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溅射原理
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溅射示意图
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成膜示意图
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薄膜的生长