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。

➢溅射源采用靶材有广泛的选择性和组合性

➢溅射源可较理想地置于真空室内长时间稳定工作，获得纯正的膜层，确保膜层质量。

磁控溅射新发展

随着工业的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为目前磁控溅射领域新的发展趋势。高速溅射能够得到大约几个μm/min 的高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高工业生产的效率；有可能替代目前对环境有污染的电镀工艺。当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放电，即是仅用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜形成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积薄膜。

高速溅射本质特点是产生大量的溅射粒子，导致较高的沉积速率。最近实验表明在最大的靶源密度在高速溅射，靶的溅射和局部蒸发同时发生，两种过程的结合保证了最大的沉积速率（几μm/min）并导致薄膜的结构发生变化。与通常的磁控溅射比较，高速溅射和自溅射的特点在于较高的靶功率密度Wt = Pd / S>50 Wcm- 2，（Pd 为磁控靶功率，S 为靶表面积）。高速溅射有一定的限制，因此在特殊的环境才能保持高速溅射，如足够高的靶源密度，靶材足够的产额和溅射气体压力，并且要获得最大气体的离化率。最大限制高速沉积薄膜的是溅射靶的冷却。高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片，导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上，引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走，薄膜的最大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环，还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%～30%，因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。