磁控溅射镀膜原理及工艺(PPT44页)
磁控溅射镀膜技术
暗区的宽度与电子的平均自
由程有关。
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二、溅射镀膜的基本原理
靶材的位置
（一）直流辉光放电：
（4）负辉光区（辉光最强）： 随着电子速度增大，很快获
得了足以引起电离的能量，于是 离开阴极暗区后使大量气体电离， 产生大量的正离子。
正离子移动速度慢，产生积 聚，电位升高；与阴极之间的电 位差成为阴极压降。
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三、磁控溅射
溅射沉积方法有两个缺点:第一，沉积速率较低；第二，溅射所需 的工作气压较高。为了在低气压下进行高速溅射，必须有效的提高气体 的离化率，发展出了磁控溅射技术。 （一）磁控溅射的工作原理：
（一）直流辉光放电：
直流辉光放电是在真空度约1～10Pa的稀薄气体中，两个电极之间 在一定电压下产生的一种气体放电现象。
气体放电时，两电极之间的电压和电流的关系复杂，不能用欧姆定 律描述。
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
由巴邢定律知，在气体成分和电极
材料一定的情况下，起辉电压V只与气 体压强P和电极距离d的乘积有关。
磁控溅射镀膜技术
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二、溅射镀膜的基本原理
溅射镀膜基于高能离子轰击靶材时的溅射效应，整个溅 射过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于 气体放电。
➢ 放电方式： （1）直流溅射——直流辉光放电 （2）射频溅射——射频辉光放电 （3）磁控溅射——环状磁场控制下的辉光放电
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
（一）直流辉光放电：
（2）阴极辉光区：
电子通过阿斯顿暗区后，在
电场的作用下获得了足够的能量，
磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射镀膜原理及工艺扌商要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的 应用。
真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。
这里主要讲一下由溅射镀膜技术发展来的嫌控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。
关键i 司：溅射；溅射变量；工作气压：沉积率。
绪论溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生 产。
常用二极溅射设备如右图。
通常将欲沉积的材料制成板材-靶，固定在阴 极上。
基片置于正对靶而的阳极上，距靶一定距离。
系统抽至高真空E 充入（10〜1）帕的气体（通常 为氫气），在阴极和阳极间如几千伏电压，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，受碰撞从靶而逸出 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。
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而积的均匀性有特别苛刻 要求的连续镀膜场合）的首选方案。
1磁控溅射原理溅射属于PDV （物理气相沉积）三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子 镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）中的一种。
礁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氮原子发生碰撞， 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而，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 片上形成萍膜，而产生的二次电子会受到电场和礁场作用，产生E （电场）XB （磁场）所指的 方向漂移，简称EXB 漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线 形式在靶表而做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区 域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 正离子来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
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
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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。
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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。
磁控溅射工艺简介PPT演示文稿
2014.6.6
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一、名词解释
尖端放电：
通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负 电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电 离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空 气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。 由于同种电荷相互排斥, 导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来 分布是不均匀的(图2)，导体尖端的电荷特别密集, 所以尖端附近空气中的电 场特别强, 使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击 空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现 象.
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一、名词解释
• Sputter溅镀定义： • 在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中
正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积 于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应面产生 的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV光（紫外光）、可见光……等物质， 而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma）。下图为Sputter溅镀模型（类似打台球模 型）：
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
《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
磁控溅射镀膜技术 PPT课件
• 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。
• 1936年和1940年Penning相继发明圆柱和 圆筒磁控溅射阴极。-- Penning放电、 Penning规、Penning离子源相继出现
• 1963年美国贝尔实验室采用10米的连续 溅射镀膜装置镀制集成电路的鉭膜，首 次实现溅射镀膜产业化。
• 1970年圆柱磁控溅射阴极获得工业应用
2、发展概况（3）
• 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
2、放电的伏安特性曲线--不提倡“一 拖二
辉光放电中靶电压与靶电流关系曲线称 靶的伏安特性曲线.
• 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
• 在靶电源为恒功率模式下，随反应气体 （如氧）流量变化（增加或减小），靶 电压变化呈非线性，类似磁滞回曲线
4、硅靶通氧反应溅射制备二氧化硅：靶电 压随氧气流量变化曲线有滞回现象（反应 溅射的固有特性）
磁控溅射技术及其应用
• 磁控溅射技术是为了提高成膜速率在直流二级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%,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。
• 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。
三、磁控溅射镀膜技术发展
5、脉冲磁控溅射技术
• 脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源 代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。脉冲 磁控溅射技术可以有效的抑制电弧产生进而 消除由此产生的薄膜缺陷，同时可以提高溅 射沉积速率，降低沉积温度等一系列显著优 点。
• 脉冲可分为双向脉冲和单向脉冲。双向脉冲 在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段 ，在负电压段，电源工作于靶材的溅射，正 电压段，引入电子中和靶面累积的正电荷， 并使表面清洁，裸露出金属表面。脉冲磁控 溅射通常采用方波脉冲波形，在中频段即可 有效消除异常弧光放电的发现电弧放电。
• 逐渐减小反应气体流量（D-E）， 溅射速率不会由C立刻回升到B，而 呈现缓慢回升的状态，直到减小到 某个数值E，才会出现突然上升到 金属模式溅射状态时的数值，形成 闭合的迟滞回线。
三、磁控溅射镀膜技术发展
3、反应磁控溅射技术
• 靶中毒：迟滞现象使反应气体与靶材作用生成的化合物覆盖在靶材表面，积 累大量的正电荷无法中和，在靶材表面建立越来越高的正电位，阴极位降区 的电位随之降低，最终阴极位降区电位降减小到零，放电熄灭，溅射停止， 这种现象称为靶中毒。
• 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。
磁控溅射相关ppt
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膜的检测手段
膜成分的检测
x射线衍射法（X-ray diffraction简称XRD)可以进行晶体结构 分析、物相分析
x射线光电子谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy简称XPS) 不仅能测定表面的组成元素，而且能确定各元素的化学状态
俄歇电子能谱(AES)分析，可以有关固体表面和界面的元素种 类，相对含量及化学状态。有很高的微区分能力，或者说有 很高的横向和沉积方向分辨能力
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磁控溅射镀膜技术应用
1. 金属基材装饰膜颜色
金属基材装饰膜的种类及色调很多，下表列举了部分金属基材装饰膜 的种类及颜色。
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磁控溅射镀膜技术应用
2. 在工模具上镀膜
在工模具镀膜除了可以提高硬度、降低摩擦系数、具有很好的耐磨 性和化学稳定性等优点外，还可以增加模具脱模性、减少成型面损伤、 维护高镜面模具、维护特殊加工面、模仁配件可完成无油光滑。
磁控溅射镀膜
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Contents
1 磁控溅射镀膜的发展 2 磁控溅射镀膜的原理 3 膜的检测手段 4 磁控溅射镀膜技术的应用
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磁控溅射镀膜的发展
阴极溅射技术的发现与进展
➢ 1842年格洛夫（Grove）在研究电子管阴极腐蚀问题时，发现阴极材料 迁移到真空管壁上来了，进而发现了阴极溅射现象。
➢ 直到1877年才真正应用于研究的溅射设备上。迄后70年中，由于实验 条件的限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不清状态，在1950年之前 有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可信的。
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膜的检测手段
膜层与基底粘附性检测
纳米划痕硬度计主要通过测量压头在法向和切向上的载荷和位移的连续变 化过程,研究材料的摩擦性能、塑性性能和断裂性能。在划痕实验中,薄膜 的损伤是由垂直作用于薄膜表面并造成弹性一塑性形变的压力、压头沿薄 膜表面运动时切线方向的摩擦力和薄膜内残余应力共同作用造成的。在较 低的载荷下,薄膜开始出现变形但仍完全保持与基底的附着,随着载荷增加, 薄膜以碎片、断片等形式从基底脱落时,即薄膜开始与基底分离时对应的 载荷定义为临界载荷Lc,它主要表征薄膜与基底的附着性能。
磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射镀膜原理及工艺摘要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术,在现实生产生活中有着广泛的应用。
真空镀膜技术有三种形式,即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。
这里主要讲一下由溅射镀膜技术发展来的磁控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。
关键词:溅射；溅射变量；工作气压；沉积率。
绪论溅射现象于1870年开始用于镀膜技术,１9３0年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。
常用二极溅射设备如右图。
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。
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。
１磁控溅射原理溅射属于PDV（物理气相沉积)三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀)中的一种。
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。
若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ａｒ正离子来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。
磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射镀膜原理及工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊一个听起来挺高大上，但其实也挺有意思的事儿——磁控溅射镀膜。
这玩意儿啊，在咱们生活里可有着不少神奇的应用呢，不过它到底是咋回事呢？别急，听我慢慢给你唠唠。
话说有一次，我去一个工厂参观（为啥去呢，因为我这人对各种新鲜玩意儿都好奇呗）。
一进那个车间，哇，就看到各种机器在嗡嗡响，工人们都在忙碌着。
我就像个刘姥姥进大观园似的，这儿瞅瞅那儿看看。
然后就注意到了一台特别的机器，旁边的师傅说这就是搞磁控溅射镀膜的家伙。
我凑近一看，这机器看起来还挺复杂的。
师傅就开始给我讲解啦，他说啊，磁控溅射镀膜呢，就像是一场微观世界的“魔法大战”。
你看啊，在这个机器里面，有一个目标材料，就好比是一个“宝藏库”。
然后呢，有一些氩气之类的气体被充进去，这些气体就像是一群调皮的小精灵。
当给这个机器加上电场和磁场的时候，哇塞，神奇的事情就发生了！那些氩气小精灵们就开始变得兴奋起来，它们会和目标材料发生碰撞。
这一碰撞可不得了，就把目标材料里的原子啊、分子啊之类的给撞出来了，就像从宝藏库里挖出了宝贝一样。
这些被撞出来的“小宝贝” 们就会在电场和磁场的作用下，朝着要镀膜的物体飞去，然后一层一层地沉积在上面，就像是给这个物体穿上了一层神奇的“外衣”。
我当时就觉得，这也太神奇了吧！师傅还说，这个磁控溅射镀膜的工艺啊，可是有很多讲究的。
比如说，那个电场和磁场的强度啊，气体的压力啊，还有温度啥的，都得控制得刚刚好。
就像做饭一样，火候、调料都得合适，不然这道菜（哦，不对，是这层膜）就做不好。
而且啊，不同的材料镀膜，还会有不同的效果呢。
比如说给手机屏幕镀膜，就能让屏幕更耐磨、更清晰；给眼镜镜片镀膜呢，就可以防反光、防刮花。
这就像是给这些东西都加上了一层超级保护罩，让它们变得更厉害啦！我在那看了好久，越看越觉得这磁控溅射镀膜真是个了不起的技术。
它虽然是在微观世界里进行的一场“魔法”，但却对我们的生活产生了这么大的影响。
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
磁控溅射技术及其应用.pptx
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三、磁控溅射镀膜技术发展
4、中频磁控溅射技术
中频磁控溅射常同时溅射两个靶，并排配置的两个靶的尺寸与外形完全相 同，通常称为孪生靶如图所示，在溅射过程中，两个靶周期性轮流作为阴极和 阳极，既抑制了靶面打火，而且消除普通直流反应溅射是阳极消失现象，使溅 射过程得以稳定进行。
• 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。
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二、磁控溅射镀膜技术原理
2、磁控溅射技术
• 磁控溅射技术是为了提高成膜速率在直流二级溅射镀膜基础上发 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%,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。
• 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。
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三、磁控溅射镀膜技术发展
3、反应磁控溅射技术
•随 着 表 面 工 程 技 术 的 发 展 , 越 来 越 多 地 用 到 各 种 化 合 物 薄 膜 材 料 。 可 以 直 接使用化合物材料制作的靶材通过溅射来制备化合物薄膜,也可在溅射金 属或合金靶材时, 通入一定的反应气体,通过发生化学反应制备化合物薄 膜,后者被称为反应磁控溅射。 •一 般 来 说 纯 金 属 作 为 靶 材 和 气 体 反 应 较 容 易 得 到 高 质 量 的 化 合 物 薄 膜 , 因 而大多数化合物薄膜是用纯金属为靶材的反应溅磁控射来制备的。 •在 沉 积 介 电 材 料 或 绝 缘 材 料 化 合 物 薄 膜 的 反 应 磁 控 溅 射 时 ， 容 易 出 现 迟 滞 现象。
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2.1.2气体环境
真空系统和工艺气体系统共同控制着气 体 环境。首先，真空泵将室体抽到一个高真空 （大约为10-6torr）。然后，由工艺气体系统 （包括压强和流量控制调节器）充入工艺气 体，将气体压强降低到大约2×10-3torr。为 了 确保得到适当质量的同一膜层，工艺气体必 须使用纯度为99.995%的高纯气体。在反应溅 射中，在反应气体中混合少量的惰性气体
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。
1磁控溅射原理
溅射属于PDV（物理气相沉积）三 种 基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀 （空心阴极离子镀、热阴极离子镀、 电弧离子镀、活性反应离子镀、射频 离子镀、直流放电离子镀）中的一种。
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。
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。
磁控溅射包括很多种类。各有不同 工 作原理和应用对象。但有一共同点：利 用磁场与电场交互作用，使电子在靶表 面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞 击氩气产生离子的概率。所产生的离子 在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。
1.1.1技术分类
磁控溅射在技术上可以分为直流 （DC） 磁控溅射、中频（MF）磁控溅射、射频 （RF）磁控溅射。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入 射
粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰
撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其
他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过
程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足
够动量，离开靶被溅射出来。
e-
E
Ar
+ Ar+
+ Ar+
e-
e-
基片 靶材
V (<0)
1.1磁控溅射种类
三种分类的主要对比如下表：
电源价格 靶材
DC 便宜
圆靶/矩形靶
MF 一般
平面靶/旋转 靶
靶材材质要 求
导体
无限制
抵御靶中毒 能力
应用 可靠性
弱
金属 好
强
金属/化合物 较好
RF 昂贵 试验室一般用圆平 面靶
无限制
强
工业上不采用此法 较好
2磁控溅பைடு நூலகம்工艺研究
2.1溅射变量
2.1.1电压和功率
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。
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。
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。
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 定。镀膜区内一般的传动速度范围为每分钟0 ~ 600 英寸（大约为0 ~ 15.24 米）之间。根据 镀 膜材料、功率、阴极的数量以及膜层的种类的
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
磁控溅射镀膜原理及工艺
2010级化学工程与工艺班
摘要
真空镀膜技术作为一种产生特定膜 层 的技术，在现实生产生活中有着广泛的 应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸 发镀膜、溅射镀膜和离子镀。这里主要 讲一下由溅射镀膜技术发展来的磁控溅 射镀膜的原理及相应工艺的研究。
绪论
溅射现象于1870年开始用于镀膜技术， 1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于 工业生产。常用二极溅射设备如下图。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线 形 式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径 不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等 离子体区域内，并且在该区域中电离出大 量的Ar正离子来轰击靶材，从而实现了高 的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次 电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面， 并在电场E的作用下最终沉积在基片上。 由于该电子的能量很低，传递给基片的 能量很小，致使基片温升较低。