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。

2. 射频辉光放电指通过电容耦合在两电极之间加上射频电压，而在电极之间产生的放电现象。电子在变化的电场中振荡从而获得能量，并且与原子碰撞产生离子和更多的电子。

3. 电磁场中的气体放电在放电电场空间加上磁场，放电空间中的电子就要围绕磁力线作回旋运动，其回旋半径为eB/mv，磁场对放电的影响效果，因电场

与磁场的相互位置不同而有很大的差别。

四. 溅射镀膜的用途 ()⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧光声磁电物理功能膜抗蚀耐热耐磨、减磨表面强化、固体润滑机械功能膜

1. 采用Cr 、Cr-CrN 等合金靶，在N2、CH4等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr （425-840HV ）、CrC 、CrN （1000-3500HV ），可代替电镀Cr 。

2. 用TiC 、TiN 等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小、化学稳定性好，具优良的耐磨、耐热、抗氧化、抗冲蚀，在提高其工件特性的同时，大幅度提高寿命，一般可达3-10倍。

3. 用TiC 、TiN ，Al2O3具有良好的耐蚀性。

4. 可制取优异的固体润滑膜MoS2.

5.可制备聚四氟乙烯膜。