溅射镀膜
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
溅射镀膜原理
溅射镀膜原理溅射镀膜是一种常见的表面处理技术，它通过溅射材料产生的离子和原子沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以用于制备光学薄膜、导电薄膜、防腐蚀膜等，具有广泛的应用前景。
下面我们来详细了解一下溅射镀膜的原理。
首先，溅射镀膜的原理基于溅射现象。
在溅射镀膜过程中，通过加速器产生的高能粒子轰击靶材，使得靶材表面的原子或分子被“溅射”出来，形成离子流。
这些离子流沉积在基底表面，最终形成薄膜。
溅射镀膜可以分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射等不同类型，但其基本原理都是相似的。
其次，溅射镀膜的原理还与靶材的材料密切相关。
不同的靶材材料会产生不同的离子流，从而形成不同性质的薄膜。
例如，使用金属靶材可以制备导电薄膜，而使用氧化物靶材则可以制备光学薄膜。
因此，在溅射镀膜过程中，靶材的选择对最终薄膜的性能具有重要影响。
此外，溅射镀膜的原理还与沉积过程和基底表面的准备密切相关。
在溅射镀膜之前，需要对基底表面进行清洁和处理，以确保薄膜的附着力和质量。
沉积过程中的工艺参数，如溅射能量、沉积速率、沉积角度等，也会影响薄膜的性能。
总的来说，溅射镀膜的原理是通过溅射材料产生的离子和原子沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备具有特定功能的薄膜，具有广泛的应用前景。
在实际应用中，需要根据具体的要求选择合适的靶材材料和工艺参数，以获得理想的薄膜性能。
通过对溅射镀膜原理的深入了解，我们可以更好地掌握这一表面处理技术的工作原理和应用特点，为相关领域的研究和应用提供理论支持和技术指导。
希望本文能够帮助读者更好地理解溅射镀膜原理，促进该领域的发展和应用。
溅射镀膜原理
溅射镀膜原理导语：溅射镀膜是一种常见的表面处理技术，通过高能离子束轰击或高频电弧放电等方式，将材料的原子或分子从靶材中剥离，然后沉积在基底表面，形成一层均匀致密的薄膜。
本文将从溅射镀膜的原理、应用以及未来发展等方面进行介绍。
一、溅射镀膜的原理溅射镀膜是一种物理气相沉积技术，其原理可简单描述为：在真空环境中，将被称为靶材的材料置于离子轰击源前，通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。
随后，这些高能粒子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面，形成一层薄膜。
溅射镀膜的原理主要包括以下几个方面：1. 高能离子轰击：通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。
这些高能粒子具有较高的动能，能够提供足够的动能给剥离源，使其从靶材中脱离。
2. 沉积过程：高能离子剥离出来的原子或分子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面。
在沉积过程中，这些原子或分子会在基底表面扩散并重新排列，形成一层均匀致密的薄膜。
3. 薄膜成核和生长：在沉积过程中，原子或分子首先会发生成核，形成一些微小的团簇。
随着沉积的继续，这些团簇会逐渐生长并融合，最终形成连续的薄膜。
二、溅射镀膜的应用溅射镀膜是一种广泛应用于材料科学和工程领域的表面处理技术。
它可以改善材料的性能、增强材料的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能，同时也可以调控材料的光学、电学和磁学性质。
以下是溅射镀膜在各个领域的应用举例：1. 光学薄膜：溅射镀膜可以用于制备具有特定光学性能的薄膜，如反射镜、透镜、滤光片等。
这些薄膜可以用于光学仪器、显示器件和光电子器件等领域。
2. 电子器件：溅射镀膜可以用于制备集成电路、薄膜晶体管和太阳能电池等电子器件。
通过控制溅射过程中的工艺参数和靶材成分，可以调控薄膜的电学性能，实现对器件性能的优化。
3. 金属涂层：溅射镀膜可以用于制备耐磨、耐腐蚀和耐高温的金属涂层，如刀具涂层、汽车零部件涂层和航空发动机涂层等。
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。
玻璃磁控溅射镀膜
玻璃磁控溅射镀膜是一种在玻璃表面形成一层或多层金属、金属化合物或其它化合物薄膜的工艺技术。
以下是该工艺的简要介绍：
1. 溅射原理：在磁控溅射镀膜过程中，电子在电场的作用下加速飞向基片，与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子（或分子）沉积在基片上成膜。
2. 磁控技术：二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内。
该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断地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，最终沉积在基片上。
3. 镀膜种类：根据不同的应用需求，可以溅射不同的材料，形成各种不同的镀膜。
例如，热反射镀膜可以使玻璃具有遮蔽太阳光的功能；低辐射镀膜可以使玻璃具有保温作用，具有节能效果。
4. 工业应用：玻璃磁控溅射镀膜工艺在建筑、汽车、家居、电子等多个行业都有广泛的应用。
如LOW-E玻璃就是一种典型的磁控溅射镀膜玻璃，它具有保温、隔热、节能等效果。
总的来说，玻璃磁控溅射镀膜工艺通过精确控制薄膜的成分和厚度，赋予了玻璃一系列特殊的性能，极大地拓展了玻璃的应用范围。
如需更多信息，建议查阅磁控溅射镀膜相关论文获取。
溅射镀膜的概念
溅射镀膜的概念
溅射镀膜（Sputtering）是一种常用的物理气相沉积技术，用于制备薄膜材料。
其原理是在真空室中，通过在靶材上施加高能粒子（如离子）束，使得靶材表面的原子被击出并沉积在基底上，形成薄膜。
在溅射镀膜过程中，靶材被称为源材料，其可以是单一元素或化合物。
当源材料暴露在高能粒子束中时，表面原子受到撞击而被剥离，并沉积在基底上。
这些被击出的原子在真空室中以粒子形式传输，并经过辊筒冷却、偏转等步骤，最终沉积在基底上。
通过控制沉积参数，如气体和施加的电场强度等，可以调节膜层的性质和厚度。
溅射镀膜技术具有广泛的应用，例如在半导体产业中用于制备金属薄膜、光学薄膜和磁性薄膜等。
薄膜的制备过程中可以对沉积条件进行调控，以获得特定的薄膜性质，例如调节薄膜的化学组成、晶体结构、厚度和粗糙度等。
溅射镀膜技术具有高质量、均匀性好、沉积速率可调节等优点，因此在微电子、光电子、传感器等领域得到广泛应用。
溅射镀膜
溅射镀膜介绍一: 溅射镀膜应用:溅射镀膜主要用于半导体生产的金属薄膜的生长.如下图的金属层1到金属层6都是运用溅射镀膜所生产.溅射镀膜到形成所需的金属线的过程为：溅射镀膜--→光照显影--→蚀刻（形成金属连接线）二: 溅射镀膜原理溅射淀积（溅射）是另一种老工艺，能够适应现代半导体制造需要。
它几乎可以在任何衬底上淀积任何材料，而且广泛应用在人造珠宝涂层，镜头和眼镜的光学涂层的制造。
在真空反应室中，由镀膜所需的金属构成的固态厚板被称为靶材（target）（图1），靶材接阴极，衬底接阳极并接地。
首先将氩气充入室内，并且电离成正电荷。
带正电荷的氩离子被不带电的靶吸引，加速冲向靶。
在加速过程中这些离子受到引力作用，获得动量，轰击靶材。
这样在靶上就会出现动量转移现象（momentum transfer）。
正如在桌球，球杆把能量传递到其他球，使它们分散一样，氩离子轰击靶，引起其上的原子分散。
被氩离子从靶上轰击出的原子和分子进入反应室。
这就是溅射过程。
从靶上轰击出原材料之后，氩离子、轰击出的原材料、气体原子和溅射工艺所产生的电子在靶前方形成一个等离子区域。
等离子区是可见的，呈现紫色。
而黑色区域将等离子区和靶分开，我们称之为暗区（dark space）。
图1 溅射工艺的原理被轰击出的原子或分子散布在反应室中，其中一部分渐渐地停落在晶圆上，形成薄膜，溅射工艺的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发生化学或合成变化。
形成薄膜的过程有如下几个过程(图2所示):1长晶2 晶粒成长3 晶粒聚集4 缝隙填补5 沉积膜的成长图2 溅射工艺的原理三：溅射镀膜相对于真空蒸发优点：1 靶材的成分不会改变。
这种特征的直接益处就是有利于合金膜和绝缘膜的淀积。
合金真空蒸发的问题在前一部分已作描述。
对于溅射工艺来说，含有2%铜的铝靶材就可以在晶圆上生长出含有2%铜的铝薄膜。
2 阶梯覆盖度也可以通过溅射改良。
蒸发来自于点源，而溅射来自平面源。
因为金属微粒被从靶材各个点溅射出来的，所以在到达晶圆承载台时，它们可以从各个角度覆盖晶圆表面。
pvd磁控溅射镀膜原理
pvd磁控溅射镀膜原理宝子们，今天咱们来唠唠一个超酷的技术——PVD磁控溅射镀膜。
这玩意儿听起来是不是就很高级？但其实呀，理解起来也没那么难啦。
咱先说说啥是PVD，PVD就是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）的简称哦。
这就像是给东西穿上一层超级酷炫的外衣，不过这外衣可不是普通的布料，而是用物理的方法给镀上去的一层膜。
那磁控溅射镀膜呢？这可是PVD里的一个超厉害的方法。
想象一下啊，有一个真空的环境，就像一个超级神秘的小宇宙一样。
在这个真空环境里，有我们要镀膜的基底，这个基底就像是一个等着被打扮的小脸蛋一样。
然后呢，有一个靶材，这个靶材就是我们用来镀膜的材料，就好比是化妆用的粉底或者眼影的原料。
在这个真空小宇宙里，我们给这个系统加上一些特殊的条件。
这时候就有高能粒子登场啦，这些高能粒子就像是一群超级小的、精力旺盛的小精灵一样。
它们会冲向靶材。
当这些小精灵撞击到靶材的时候，就会把靶材表面的原子或者分子给撞得“晕头转向”的，然后这些被撞出来的原子或者分子就会像小雪花一样，飘飘悠悠地飞向基底。
然后就一层一层地落在基底上，慢慢地就形成了一层膜。
这就像是小雪花一片一片地堆积，最后就变成了一个白色的世界一样。
那磁控在这个过程里起到啥作用呢？磁控啊，就像是一个超级指挥家。
在这个真空环境里，有磁场的存在。
这个磁场就像是一个无形的大手，它能够控制那些高能粒子的运动轨迹。
有了这个磁场的指挥，那些高能粒子就能够更加高效地去撞击靶材啦。
就好比是一群调皮的小朋友，本来是到处乱跑的，但是有了老师（磁场）的指挥，就能够乖乖地朝着一个方向去做事情（撞击靶材）啦。
这个磁控溅射镀膜有好多厉害的地方呢。
比如说，它能够镀出非常均匀的膜。
这就好比是给小脸蛋涂粉底，涂得特别均匀，一点都不会一块厚一块薄的。
而且啊，它可以选择各种各样的靶材，就像你化妆的时候可以选择不同颜色的眼影一样。
你想要金色的膜，就用金做靶材；想要银色的，就用银做靶材。
第三章_溅射镀膜
（1）靶材料 (表 3-2、图 3-9)
a.溅射率S 随靶材元素原子序数增加而增大。 b.晶格结构不同，S不同，六方晶格〉面心立方。 c.与表面清洁度有关，清洁度高，S大。 d.升华热大，S小。
均逸出速度如图3－19和图3－20所示。原子序数Z＞20时，
各元素的平均逸出能量差别增大，而平均速度差别较小。
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由图3－21可见，不同方向逸出原子的能量分布
不相同的。
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溅射原子的能量和速度具有以下几个特点： (1)重元素靶材被溅射出来的原子有较高的逸出能 量，而 轻元素靶材则有高的原子逸出速度；
击，即使自然游离源不存在，导电也 将继续下 去。 （2）维持辉光放电的电压较低，且不变 。 （3）电流的增大与电压无关，只与阴极板上产生辉光
的表面积有关。 （4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类
有关。
气体的压强与阴极的形状对电流密度的大小 也有影响。电流密度随气体压强增加而增大。凹面形阴 极的正常辉光放电电流密度，要比平板形阴极大数十倍 左右。
离子层已无法向四周扩散，正离子层便向阴极 靠拢，使正离子层与阴极间距离缩短。要想提 高电流密度，必须增大阴极压降使正离子有更 大的能量去轰击阴极，使阴极产生更多的二次 电子。 ➢ 由于正常辉光放电时的电流密度仍比较小，一 般薄膜溅射选择在非正常辉光放电区工作，有 利于提供大面积的均匀溅射和薄膜沉积。
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（3）过渡区 （CD区域 ） 离子轰击阴极，释放出二次电子， 二次电子与中性气体分子
溅射镀膜技术
溅射镀膜技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊溅射镀膜技术。
这玩意儿啊，就像是一个神奇的魔法，能在各种材料上变出一层薄薄的“外衣”。
你想想看，就好像给一个物品穿上了一件量身定制的超级外套。
这层外套可不得了，它能让物品变得更加耐用、好看，甚至拥有一些特别的性能。
比如说，让玻璃更加耐磨，让金属更加耐腐蚀。
那溅射镀膜技术到底是怎么做到的呢？简单来说，就是把材料“扔”到一个真空的环境里，然后用一些高速运动的粒子去撞击它，把材料的原子啊、分子啊给撞下来，这些撞下来的“小家伙们”就会乖乖地附着在我们想要镀膜的物品上啦。
是不是很神奇？这就好比是一场小小的“战斗”，那些高速运动的粒子就是勇敢的“战士”，它们冲向目标，把材料一点点地“攻克”下来，然后为我们所用。
而且哦，溅射镀膜技术的应用那可真是广泛得很呐！在电子行业，它能让那些小小的电子元件变得更加可靠；在光学领域，它能让镜片拥有更好的性能。
甚至在我们日常生活中的一些小物件上，也可能用到了这项技术呢！你再想想，如果没有溅射镀膜技术，我们的手机屏幕可能很容易就被刮花了，那多心疼啊！还有那些漂亮的装饰品，如果没有这层镀膜，可能很快就失去了光泽，那多可惜呀！当然啦，要做好溅射镀膜可不是一件容易的事。
就像做饭一样，得掌握好火候、调料，稍有不慎，可能就“砸锅”啦！得精确地控制各种参数，比如真空度啊、粒子的速度啊等等。
不过别怕，咱们的科学家和工程师们可都是高手，他们就像经验丰富的大厨，总能把这道“菜”做得色香味俱佳。
他们不断地研究、改进，让溅射镀膜技术越来越厉害。
总之呢，溅射镀膜技术就像是一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的生活带来了很多便利和惊喜。
它让我们的物品变得更好、更耐用，让我们的科技不断进步。
所以啊，我们可不能小看了它哟！它真的是太了不起啦！难道不是吗？。
常用的镀膜方法
常用的镀膜方法
1.溅射镀膜法
溅射镀膜法是利用高能离子束轰击样品表面，产生的微小粒子将目标表面的物质释放出来，再沉积至基底表面，形成薄膜。
溅射镀膜法因其可在高真空下进行，所以适用于制备金属、半导体、氧化物及其他无机化合物薄膜。
此外，该技术还可用于制备具有特定性质的晶体结构薄膜，例如具有分子化合物的多层体系。
溅射镀膜法是当前常用的薄膜制备方法之一。
2.磁控溅射镀膜法
磁控溅射镀膜法也是一种广泛使用的薄膜制备方法，其原理同溅射镀膜法相似。
区别在于磁控溅射镀膜法使用磁场来控制离子束，从而增强溅射效率，提高沉积速度。
该技术适用于制备高品质的多层结构、重金属、氧化物和非晶态薄膜等。
3.化学气相沉积法
化学气相沉积法是通过将含有金属有机物等原料的气体送入反应室中，利用化学反应在基片表面上生长薄膜。
该技术适用于大面积，均一薄膜的制备。
化学气相沉积法可用于制备二氧化硅、硅胶、氮化硅、碳化硅等材料的薄膜。
4.热蒸发镀膜法
热蒸发镀膜法是利用高温加热金属或化合物材料，使之蒸发并沉积在基底表面。
该方法简便、容易操作，广泛应用于制备单层和多层金属薄膜，如铬、钼、铜、银和铝等金属薄膜。
此外，该技术还可用于制备非晶态薄膜，例如氧化铝薄膜、TiO2薄膜等。
5.电化学沉积法
电化学沉积法是将金属投入含有所需离子的溶液中作为阴极，通电后，溶液中的阳离子被还原成金属沉积在阴极表面上。
该技术操作简单，可制备所需厚度的纯金属或合金薄膜，并可控制薄膜的粗糙度。
电化学沉积法适用于制备黄金、银、铜等高纯度金属薄膜，也可用于制备复杂的多层材料和表面修饰。
溅射镀膜的基本原理
溅射镀膜的基本原理
溅射镀膜的基本原理：
①溅射镀膜技术利用高能粒子轰击靶材表面使原子脱离并沉积于基板上形成薄膜；
②工作时在一个真空环境中引入惰性气体如氩气并施加高频交变电场；
③电场作用下气体分子电离产生大量电子和正离子电子很快与其它气体分子碰撞再次电离；
④正离子在电场驱动下加速撞击靶面将其表面原子逐出形成原子束；
⑤这些原子随后沿着直线轨迹飞行最终沉积于置于对面的基板表面；
⑥通过调整工艺参数如气体压力功率密度可以控制薄膜厚度结晶状态等；
⑦靶材材质多样从金属合金到陶瓷化合物均可作为溅射源；
⑧常见应用包括制备半导体器件上的绝缘层导电层以及装饰性涂层；
⑨与蒸发镀膜相比溅射法具有更好的均匀性和附着力适用于大面积薄膜制备；
⑩在太阳能电池制造中采用磁控溅射技术提高薄膜纯度一致性；
⑪新兴研究方向致力于开发绿色环保型溅射气体减少对环境的
影响；
⑫随着纳米技术的发展未来溅射镀膜将更多应用于制备具有特殊性能的纳米结构材料。
溅射镀膜的原理
溅射镀膜的原理
溅射镀膜是一种利用物质溅射技术将金属或其他材料沉积到基底表面形成薄膜的方法。
它主要借助于高能离子轰击金属靶材，使其表面的原子或分子脱离并沉积到基底表面上。
溅射镀膜的原理可以分为三个基本过程：溅射、扩散和沉积。
首先，在真空室中，将待镀层靶材和被镀基材装置放置在一定的距离内。
然后，通过加热、电弧放电或射频等方式，产生高能离子，使其撞击靶材表面。
这些高能离子将靶材表面的原子或分子击出，并呈喷射状沉积到基材表面。
在溅射过程中，离子（如氩离子）撞击靶材表面的原子或分子，使其脱离而进入气相，形成充满真空室的离子云。
这些离子会沿着各个方向扩散，并逐渐降低能量。
当它们达到基材表面时，由于脱离离子云时的高能量，它们会迅速吸附并沉积在基材表面上。
沉积的薄膜会随着时间的推移逐渐形成。
薄膜的质量和性能受多种因素影响，如靶材的成分、离子束的能量和流量、基材的温度等。
通过调节这些参数，可以控制溅射镀膜过程中薄膜的成分、结构和性能。
溅射镀膜具有多种优点，如薄膜均匀性好、附着力强、尺寸可控、可溶解度高等。
它广泛应用于光学、电子、材料科学等领域，用于制备反射镜、太阳能电池、导电膜等产品。
薄膜物理第2章溅射镀膜
3. 三极溅射
原理：在真空室内附加一个热阴极，由它发射电子并 和阳极产生等离子体。同时使靶相对于该等离子体为负 电位，用等离子体中的正离子轰击靶材而进行溅射。
优点： 1）克服了二极直流溅射只能在 较高气压下进行的缺点， 因为 它是依赖离子轰击阴极所发射 的次级电子来维持辉光放电。 2）三极溅射的进行不再依赖于阴 极所发射的二次电子，溅射速率 可以由热阴极的发射电流控制， 提高了溅射参数的可控性和工艺重复性。
2．溅射率 溅射率表示正离子轰击靶阴极时，平均每个正离子能从
阴极上打出的原子数。又称溅射产额或溅射系数，常用S表 示。
溅射率与入射离子种类、能量、角度及靶材的类型、晶 格结构、表面状态、升华热大小等因素有关。
（1）靶材料与溅射率的关系
a.溅射率S 随靶材元素原子序数增加而增大（相同条件， 同一种离子轰击不同元素的靶材料）。
溅射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于 轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，
因离子在电场下易于加速并获得所需动能，故大多采用 离子作为轰击粒子。该离子又称入射离子，这种镀膜技术又称 为离子溅射镀膜或沉积。
2.3 .1 概述
与真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点： （1）任何物质(只要是固体)均可以溅射，尤其是高熔点、
溅 射 率 S
3．溅射原子的能量和速度
（1） 溅射原子的能量比蒸发原子的能量大：
一般由蒸发源蒸发出来的原子的能量为 0.1ev 左右。 溅射中，一般认为，溅射原子的能量比热蒸发原子 能量大 1-2 个数量级，约1-10 ev。
（2）影响溅射原子的能量的因素：
溅射原子的能量与靶材料、入射离子的种类和能量以 及溅射原子的方向性有关。
b.晶格结构不同，S不同。 c.与表面清洁度有关，清洁度高，S大。 d.升华热大，S小。
溅射镀膜技术
溅射镀膜技术薄膜是一种特殊的物质形态，由于其在厚度这一特定方向上尺寸很小，只是微观可测的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物质连续性发生中断，由此使得薄膜材料产生了与块状材料不同的独特性能。
薄膜的制备方法很多，如气相生长法、液相生长法(或气、液相外延法)、氧化法、扩散与涂布法、电镀法等等，而每一种制膜方法中又可分为若干种方法。
薄膜技术涉及的范围很广，它包括以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的成膜技术，以离子束刻蚀为代表的微细加工技术，成膜、刻蚀过程的监控技术，薄膜分析、评价与检测技术等等。
现在薄膜技术在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术以及航天技术和光学仪器等各个领域都得到了广泛的应用，它们不仅成为一间独立的应用技术，而且成为材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段。
溅射是薄膜淀积到基板上的主要方法。
溅射镀膜是指在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。
一．溅射工艺原理溅射镀膜有两类：离子束溅射和气体放电溅射1. 离子束溅射：在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。
特点：①离子束由特制的离子源产生②离子源结构复杂，价格昂贵③用于分析技术和制取特殊薄膜2. 气体放电溅射：利用低压气体放电现象，产生等离子体，产生的正离子，被电场加速为高能粒子，撞击固体（靶）表面进行能量和动量交换后，将被轰击固体表面的原子或分子溅射出来，沉积在衬底材料上成膜的过程。
二. 工艺特点1.整个过程仅进行动量转换，无相变2.沉积粒子能量大，沉积过程带有清洗作用，薄膜附着性好3.薄膜密度高，杂质少4.膜厚可控性、重现性好5.可制备大面积薄膜6.设备复杂，沉积速率低。
三．溅射的物理基础——辉光放电溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。
整个溅射过程是建立在辉光放电的基础上，使气体放电产生正离子，并被加速后轰击靶材的离子离开靶，沉积成膜的过程。
不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，包括：直流辉光放电—直流溅射、射频辉光放电—射频溅射和磁场中的气体放电—磁控溅射1. 直流辉光放电指在两电极间加一定直流电压时，两电极间的稀薄气体（真空度约为13.3-133Pa）产生的放电现象。
溅射镀膜操作流程
溅射镀膜操作流程溅射镀膜是一种常用的高技术表面处理技术，主要用于给金属、陶瓷、玻璃等材料表面镀上一层薄膜，以增加其抗磨、耐腐蚀、导电或反射等性能。
下面将详细介绍溅射镀膜的操作流程。
1.原材料准备：首先需要准备需要进行溅射镀膜的基材和镀膜材料。
基材可以是金属、陶瓷或玻璃等，而镀膜材料可以是金属、合金或化合物等。
根据所需镀膜的性能和要求，选择合适的基材和镀膜材料。
2.设备和设施准备：-预处理设备：基材需要经过清洗、抛光和研磨等预处理工序，以确保表面平整、干净和没有杂质，有利于膜层的附着。
-溅射设备：溅射镀膜的核心就是溅射设备，一般由溅射针、溅射靶和真空腔室组成，溅射针通过高压电弧或射频电磁场使镀膜材料离子化并沉积在基材上。
-真空系统：镀膜过程需要在高真空环境下进行，需使用真空泵或者真空吸附装置排除空气，降低膜层产生缺陷的风险。
-温控和监测设备：通过温控系统保持腔室内温度恒定，并通过监测系统实时监测溅射工艺参数，调整并优化工艺条件。
3.腔室准备：在进行溅射镀膜之前，需要将基材放置在腔室内，并确保腔室内部清洁无尘。
4.真空抽气：打开真空泵将腔室内的气体抽取出来，建立所需真空度。
真空度的选择应根据镀膜材料和所需薄膜性能来确定。
5.溅射源供电和预热：将溅射靶连接至电源，使其通电预热。
镀膜材料加热至一定温度，使其达到溅射状态。
6.选择溅射工艺参数：溅射镀膜过程中的工艺参数包括：溅射功率、气体流量、溅射时间、沉积速率等。
根据所需镀膜材料和所需薄膜性能来选择适当的工艺参数。
7.溅射镀膜：打开溅射设备，让溅射针开始溅射镀膜材料。
离子化的镀膜材料会在高真空环境中沉积在基材上，形成均匀的薄膜。
8.膜层监测和控制：在溅射镀膜过程中，需要不断监测和控制沉积膜层的厚度和均匀性。
可以使用光学薄膜监测仪、霍尔传感器或者石英晶体微天平等设备进行实时监测。
9.膜层修整和后处理：镀膜完成后，可能会进行一些修整和后处理工序，以进一步提高膜层的性能。
溅射镀膜
储晓菲
溅射镀膜
一、溅射镀膜的定义 二、溅射镀膜法的特点 三、溅射原理 四、溅射镀膜技术
1.直流溅射 2.射频溅射 3.磁控溅射 直流磁控溅射
射频磁控溅射
一、溅射镀膜的定义
溅射镀膜— 利用辉光放电产生的正离子在电场 的作用下高速轰击阴极靶材表面，溅射出原子 或分子，在基体表面沉积薄膜的一种镀膜方式。
二、溅射镀膜法的特点
优点： 1、任何物质都可以溅射，尤其是高熔点，低气
压元素化合物； 2、薄膜与基板之间附着性好，镀膜密度高，针
孔少； 3、因为通过控制放电电流和靶电流，可控制膜
厚，所以溅射镀膜过程容易控制，重复性好。
缺点：设备较复杂，需高压装置，价格昂贵。
三、溅射原理
1.先让惰性气体（通常为Ar气）辉光放电产生带 电的Ar离子和电子；
四、溅射镀膜技术
3、磁控溅射
磁控溅射工作原理示意图
电子在正交磁场下的E×B飘移运动
优点：高速低温
缺点：不均匀磁场使靶材产生不均匀刻蚀，使靶 材利用率低。（圆形磁控溅射靶）
四、溅射镀膜技术
磁控溅射基本原理： 就是以磁场来改变电子的运动方向，并束缚和 延长电子的运动轨迹，从而提高电子对工作气 体的电离几率和有效地利用了电子的能量，从 而实现了高速沉积。同时，受正交电磁场束缚 的电子，只能在其能量要耗尽时才沉积在基体 上，传给基体的能量小，也就不会使基体过热。
特点： 1.基片温升高 2.沉积速率低 3.靶材必须是良导体
四、溅射镀膜技术
2、射频（RF）溅射
右图为射频溅射 示意图。 特点： 1.能溅射沉积导体、 半导体、绝缘体在内 的几乎所有材料。 2.射频电源价格较贵， 射频电源功率不能很 大，且要注意辐射防 护。
溅射镀膜原理
溅射镀膜原理溅射镀膜是一种常见的薄膜制备技术，广泛应用于光学、电子、材料科学等领域。
它的原理是利用离子轰击或中性离子束轰击靶材，使其表面原子迅速脱离并沉积在基材上，形成均匀的薄膜。
本文将详细介绍溅射镀膜的原理及其应用。
一、溅射镀膜的原理溅射镀膜的原理主要包括溅射过程和薄膜沉积过程两个方面。
1. 溅射过程溅射过程是指通过将高能粒子轰击靶材，使其表面原子脱离并以高速运动的方式释放出来。
这种高能粒子可以是离子束，也可以是中性离子束。
当高能粒子轰击靶材时，其表面原子受到冲击而脱离，形成气体态或离子态的原子。
这些原子在真空环境中自由传播并沉积在基材上。
2. 薄膜沉积过程薄膜沉积过程是指溅射过程中释放出来的原子沉积在基材上，形成均匀的薄膜。
在真空环境中，由于原子之间的碰撞和相互作用，原子沉积在基材上的速度逐渐增加。
当原子沉积速度等于原子脱离速度时，形成一个动态平衡，此时薄膜的厚度基本保持不变。
薄膜的结构和性质与靶材的成分和结构密切相关。
二、溅射镀膜的应用溅射镀膜技术具有以下几个特点，使其在各个领域得到广泛应用。
1. 光学领域溅射镀膜技术可以制备各种光学薄膜，如反射膜、透射膜、滤光膜等。
这些薄膜可以用于光学器件的制备，如反射镜、透镜、滤光片等。
通过控制溅射过程中的工艺参数，可以实现不同波长范围内的光学性能。
2. 电子领域溅射镀膜技术可以用于制备导电薄膜和隔离薄膜。
导电薄膜广泛应用于电子器件中，如触摸屏、显示器、太阳能电池等。
隔离薄膜可以用于防止电子器件之间的相互干扰，提高电子器件的可靠性和性能。
3. 材料科学领域溅射镀膜技术可以改善材料的表面性能，如增加硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
它可以制备多层薄膜、合金薄膜和复合薄膜，使材料具有特殊的功能和性能。
溅射镀膜还可以制备纳米材料和薄膜材料，在纳米科技和薄膜技术领域有广泛应用。
总结：溅射镀膜是一种重要的薄膜制备技术，其原理是通过离子轰击或中性离子束轰击靶材，使其表面原子迅速脱离并沉积在基材上，形成均匀的薄膜。
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由图可知： 不同的入射离子，溅 射阈值变化很小。但 是不同靶材，溅射阈 值变化较明显。也就 是说，溅射阈值与粒 子质量之间没有明显 的依赖关系，而取决 于靶材。处于周期表 中同一周期的元素， 溅射阈值随着原子序 数增大而减小。
对于绝大多数金属来说，溅射阈值10~30eV， 相当于升华热的4倍左右。下表列出了几种金属的溅 射阈值。
4、溅射原子的角度分布 研究溅射原子分布，有助于了解溅射机理和建立 溅射理论，在实际应用中有助于控制膜厚的分布。 实验结果表明，溅射原子的主要逸出方向与晶体 结构有关。对于单晶靶材，最主要的逸出方向是 原子排列最紧密的方向，其次是次紧密方向，如 对于面心立方晶体而言，主要逸出方向是【110】 晶向，其次是【100】、【111】晶向。而半导体 单晶材料逸出原子角分布与金属相似，但没有金 属那样明显；多晶靶材与单晶靶材溅射原子角分 布也不同，对于单晶可以观察到溅射原子明显的 择优取向，而多晶靶材显示的是一种类似余弦分 布。
（1）对于轻元素靶材，S(θ)/S(0)的比值变化显著； （2）重离子入射时，S(θ)/S(0)的比值变化显著； （3）随着入射离子能量的增加，S(θ)/S(0)呈最大值的 角度逐渐增大，但是S(θ)/S(0)的最大值，在入射离子 的加速电压超过2kV时，急剧减小。 原因如下：首先，入射离子所具有的能量轰击靶材， 将引起靶材表面原子的级联碰撞，导致某些原子被溅 射。在大角度入射情况下，级联碰撞主要发生在表层， 妨碍了碰撞范围的扩展，结果低能量的反冲原子生成 率低，致使溅射率低；第二，入射离子以弹性反射方 式从靶材反射。这对随后的入射离子有屏蔽阻挡作用 与入射角有关，当入射角为60~80°时，阻挡作用最 小而轰击效果最好，故此时溅射率呈最大值。
2、溅射粒子的迁移过程 靶材受到轰击所逸出的粒子中，正离子由于反向 电场的作用不能到达基片表面，其余的粒子均会 向基片表面迁移。大量中性原子或分子与工作气 体发生碰撞的平均自由程为 λ1 =c1/(v11+v12) 式中，c1是溅射粒子的平均速度；v11溅射粒子相 互之间平均碰撞次数；v12是溅射粒子与工作气体 平均碰撞次数。 λ1 ≈c1/v12 v12与工作气体分子的密度n2、平均速度c2、碰撞 面积Q12有关，
右图是典型的Ar 离子轰击铜时，离子 能量与溅射率的关系 曲线。图中曲线分三 部分： 1）没有溅射的低能 区； 2）能量从70eV10keV，溅射率随离 子能量增大区域； 3）能量大于30keV, 溅射率随离子能量增 加而下降区域。
（2）入射离子的种类 溅射率依赖于溅射离子的原子量，原子量越大， 则溅射率越高。溅射率也与入射离子的原子序数 有关，呈现随离子的原子序数周期性变化的关系。 在周期表每一排中，凡是电子壳层填满的元素就 有最大溅射率。因此惰性气体的溅射率最高，而 位于周期表每列中间的元素的溅射率最小，如Al、 Ti、Zr、Hf等。所以，一般情况下，入射离子多 采用惰性气体。此外，实验表明，在常用的入射 离子能量范围内（500~2000eV），各种惰性气 体的溅射率大体相同。
谢谢！
此外，实验表明，在用400eV的Xe+离子轰 击时，银的溅射率为最大，碳的最小；具有六方 晶格结构（如镁、锌、钛等）和表面污染（如氧 化层）的金属要比面心立方（如镍、铂、铜、银、 金、铝等）和清洁表面的金属溅射率低；升华热 大的比升华热小的金属溅射率低；从原子的结构 分析上述规律，显然与原子的3d、4d、5d电子层 的填充程度有关。
5、溅射率的表达式 溅射率的理论计算必须考虑一下几点： 1）确定荷能粒子（入射离子及溅射原子）在表面 附近的能量； 2）确定由此产生的低能溅射原子数目； 3）确定有这些原子到达基板表面的数目； 4）确定到达基板表面溅射原子能量超过结合能的 粒子数目。 综上考虑，可得一般情况下溅射率的计算公式： S=W×105/mIt 式中，W为靶材损失量（g），m为原子量；I为离 子电流（A）；t为膜的纯度，必须尽量减少淀积到基片 上杂质的量。 Pc=PArQc/QAr 其中， Pc --残余气体分压；PAr--氩气分压； Qc---残余气体量；QAr ---氩气量。
因此，欲降低残余气体分压，提高薄膜纯度，可采取 提高真空度和增加氩气量这两项措施。 3）淀积过程中的污染 a、真空室壁和真空室中其他零件可能吸附气体、水 汽或CO2。 措施：可接触辉光的一切表面在淀积过程中适当冷却 或抽气过程中进行高温烘烤。 b、溅射气压下，扩散泵抽气效率低，扩散泵油回流 现象严重。 措施：在系统中利用高真空阀门作为节气阀或将阻尼 器与涡轮分子泵结合起来代替扩散泵。 c、基片表面的颗粒物质对薄膜的影响是产生针孔和 形成淀积污染。 措施：淀积前对基片进行彻底清洗。
W=RtAd 其中，R为刻蚀速率（cm/s）；A为样品面积 （cm2）；d为材料密度（g/cm3）. 离子电流 I=JA 式中 ，J为离子电流密度（A/cm2）。 综合上式可得溅射率表达式为： S=(Rd/mJ )×105
四、溅射过程 溅射过程包括靶的溅射、逸出粒子形态、溅射 粒子向基片的迁移和在基板上成膜过程。 1、靶材溅射过程 当入射离子在与靶材碰撞的过程中，将动量传 递给靶材原子，使其获得的能量超过结合能时， 靶原子将发生溅射。但是实际上，溅射过程十 分复杂，当高能离子轰击固体表面时，还会发 生许多效应。
第三章 溅射镀膜/Sputtering
三、溅射特性 表征溅射特性的参量主要有溅射阈值、溅射率， 以及溅射粒子的速度和能量等。 溅射阈值---是指使靶材原子发生溅射的入射离子 所必须具有的最小能量。 溅射阈值的测定比较困难，随着测量技术的进步， 目前可以测出低于10-5原子/离子的溅射率。下图是 不同种类的入射离子以不同的能量轰击同一钨靶 的溅射曲线。
由于溅射粒子的速度远大于气体分子速度，所以可 认为 v12≈Q12c1n2 所以，溅射粒子平均自由程为
溅射镀膜的气体压力为101~10-1Pa，此时溅射粒 子的平均自由程为1~10cm，因此，靶材与基片的 距离应与此值大致相等。否则粒子在迁移过程中 将发生多次碰撞，既降低了靶材原子动能，又增 加靶材散射损失。 3.溅射粒子成膜过程
溅射靶材
溅射靶材
（4）入射离子的入射角 入射角---是指离子入射方向与被溅射靶材表面法线之 间的夹角。下图为Ar离子对几种金属溅射率与入射角 的关系曲线。
由图可知： 随入射角的增大，溅射率逐渐增大，在 0~60°之间的相对溅射率基本服从1/cosθ规律，即 S(θ)/S(0)=1/cosθ, S(θ)和S(0)分别为θ角和垂直入射 时的溅射率。 由其典型曲线可知：对不同的靶材和入射离子而 言，对应于最大溅射率S值都有一个最佳入射角θm。 实验表明，不同的离子加速电压，对入射角值θm 也有一定的影响。 另外，大量实验表明，不同的入射角θ的溅射率值 S(θ)和垂直入射时的溅射率值S(0)，对不同靶材和 入射离子种类而言，有以下结果：
温度，防止出 现溅射率急剧 增加现象的产 生。
溅射率除与上述因素有关外，还与靶材的结构和靶 材的结晶取向、表面形貌、溅射压强等因素有关。 终上所述，为了保证溅射薄膜的质量，提高溅射薄 膜的淀积速率，应当尽量降低工作气体的压力，提 高溅射率。
3、溅射原子的能量和速度
溅射原子所具有的能量和速度也是描述溅射特性的 重要物理参数。一般由蒸发源蒸发出来的原子能量 为0.1eV左右，溅射原子是与高能量的入射离子交换 动能而飞溅出来的，所以原子具有较大的能量。一 般认为，溅射原子比蒸发原子的能量大1-2个数量级， 约为5~10eV，所以，溅射薄膜具有许多优点。
溅射率 ——是描述溅射特性的一个最重要物理参量， 它表示正离子轰击靶阴极时，平均每个正离子 能从阴极上打出的原子数。又称溅射产额或溅 射系数，常用S表示。 溅射率与入射离子能量、种类、角度及靶材的 类型、晶体结构、表面状态、升华热大小等因 数有关，单晶靶材还与表面取向有关。
（1） S与入射离子的能量的关系 入射离子的能量大小对溅射率影响显著。当 入射离子能量高于某一个临界值（溅射阈值）时， 才发生溅射。下图是溅射率与入射离子能量之间 的典型关系曲线。 由图可知：溅射最初随轰击离子能量的增加 呈指数上升，之后出现一个线性增大区，并逐渐 达到一个平坦的最大值呈饱和状态。如果再增加E 则因产生离子注入效应而使S值开始下降。
这里主要叙述靶材粒子入射到基片上沉积成膜过程中 应注意的几个问题。 1）淀积速率Q -----指从靶材上溅射出来的物质单位时间内淀积到基 片上的厚度，表达式为 Q=CIS C---与溅射有关的特征常数；I---离子流；S---溅射率 对于一定的溅射装置和一定的工作气体，提高淀积速 率的有效办法是提高离子电流I。但是，在不增高电 压的条件下，增加I只有增加工作气体压强。如下图。 当压力增高到一定值时，溅射率开始下降。这是由于 靶材粒子的背散射和反射引起的。因此，由溅射率来 选择气压最佳值是比较恰当的。同时应注意升压对薄 膜质量的影响。
（5）靶材温度 溅射率与靶材温度的依赖关系，主要与靶材物质的 升华能相关的某温度值有关。在低温时，溅射率几 乎无变化；但是超过某一温度，溅射率急剧增加。 原因：与溅射和热蒸发的复合作用有关。下图为用 45keV的氙离子轰击几种靶材时，所得溅射率与靶 材温度的关系曲线。
由图可知：
在溅射时，应
注意控制靶材
溅射率与溅射离子原子序数的关系
几种气体的电离几率
入射离子通常采
用Ar气，其原因： 1.电离率高，容 易起辉； 2.惰性气体，不
反应；
3.价格便宜。
（3）靶材料 溅射率与靶材料种类的关系可用靶材料元素 在周期表中位置来说明。在相同的条件下，用同 一种离子对不同元素的靶材料进行轰击，得到不 同的溅射率，且溅射率呈现周期性变化，一般规 律为随靶材料原子序数的增加而增大。各靶材料 元素的溅射率如下图所示。由图可以看出，铜、 银、金的溅射率较大；碳、硅、钛、钒、锆、铌、 钨等元素的溅射率较小。
溅射原子能量与靶材料、入射离子的种类和能量 以及溅射方向性等有关。同一离子轰击不同的材料时， 溅射原子平均逸出能量和平均逸出速度分别由下图表 示。