反應磁控濺射:以金屬、合金、低價金屬化合物或半導體材料作為靶陰極,在濺射過程中或在基片表面沉積成膜過程中與氣體粒子反應生成化合物薄膜,這就是反應磁控濺射。反應磁控濺射普遍應用于化合物薄膜的大批量生產,這是因為(1)反應磁控濺射所用的靶材料和反應氣體純度很高,因而有利于制備高純度的化合物薄膜。(2)通過調節反應磁控濺射中的工藝參數,可以制備化學配比或非化學配比的化合物薄膜,通過調節薄膜的組成來調控薄膜特性。(3)反應磁控濺射沉積過程中基板升溫較小,而且制膜過程中通常也不要求對基板進行高溫加熱,因此對基板材料的限制較少。(4)反應磁控濺射適于制備大面積均勻薄膜,并能實現單機年產上百萬平方米鍍膜的工業化生產。磁鐵有助于加速薄膜的生長,因為對原子進行磁化有助于增加目標材料電離的百分比。廣東真空磁控濺射分類
直流濺射的結構原理:真空室中裝有輝光放電的陰極,靶材就裝在此極表面上,接受離子轟擊;安裝鍍膜基片或工件的樣品臺以及真空室接地,作為陽極。操作時將真空室抽至高真空后,通入氬氣,并使其真空度維持在1.0Pa左右,再加上2-3kV的直流電壓于兩電極之上,即可產生輝光放電。此時,在靶材附近形成高密度的等離子體區,即負輝區該區中的離子在直流電壓的加速下轟擊靶材即發生濺射效應。由靶材表面濺射出來的原子沉積在基片或工件上,形成鍍層。廣東真空磁控濺射分類濺射是指荷能顆粒轟擊固體表面,使固體原子或分子從表面射出的現象。
真空磁控濺射鍍膜技術的特點:1、基片溫度低:可利用陽極導走放電時產生的電子,而不必借助基材支架接地來完成,可以有效減少電子轟擊基材,因而基材的溫度較低,非常適合一些不太耐高溫的塑料基材鍍膜。2、磁控濺射靶表面不均勻刻蝕:磁控濺射靶表面刻蝕不均是由靶磁場不均所導致,靶的局部位置刻蝕速率較大,使靶材有效利用率較低。因此,想要提高靶材利用率,需要通過一定手段將磁場分布改變,或者利用磁鐵在陰極中移動,也可提高靶材利用率。
特殊濺射沉積技術:以上面幾種做基礎,為達到某些特殊目的而產生的濺射技術。1、反應濺射:可分為兩類,第一種情況是靶為純金屬、合金或混合物,通入的氣體是反應氣體,或Ar加上一部分反應氣體;第二種情況是靶為化合物,在純氬氣氣氛中濺射產生分解,使膜內缺少一種或多種靶成分,在濺射時需要補充反應氣體以補償損失的成分。常用的反應氣體有氧、氮、氧+氮、乙炔、甲烷等。1)反應過程,反應發生在表面--靶或基體上,活性氣體也可以形成活性基團,濺射原子與活性基團碰撞也會形成化合物沉積在基體上。當通入的反應氣體壓強很低,或靶的濺射產額很高時化合物的合成發生在基體上,而且化合物的成分取決于濺射粒子和反應氣體到達基體的相對速度,這種條件下,靶面的化學反應消失或者是化合物分解的速度遠大于合成的速度;當氣體壓強繼續升高,或濺射產額降低時化合反應達到某個域值,此后在靶上的化學合成速度大于逸出速度,認為化合物在靶面進行。向脈沖更多地用于雙靶閉合式非平衡磁控濺射系統,系統中的兩個磁控靶連接在同一脈沖電源上。
高速率磁控濺射的一個固有的性質是產生大量的濺射粒子而獲得高的薄膜沉積速率。高的沉積速率意味著高的粒子流飛向基片,導致沉積過程中大量粒子的能量被轉移到生長薄膜上,引起沉積溫度明顯增加。由于濺射離子的能量大約70%需要從陰極冷卻水中帶走,薄膜的較大濺射速率將受到濺射靶冷卻的限制。冷卻不但靠足夠的冷卻水循環,還要求良好的靶材導熱率及較薄膜的靶厚度。同時高速率磁控濺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決的一個問題。相應的真空鍍膜設備包括真空蒸發鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機。廣東真空磁控濺射分類
脈沖磁控濺射是采用矩形波電壓的脈沖電源代替傳統直流電源進行磁控濺射沉積。廣東真空磁控濺射分類
磁控濺射的工藝研究:1、功率:每一個陰極都具有自己的電源。根據陰極的尺寸和系統設計,功率可以在0~150KW之間變化。電源是一個恒流源。在功率控制模式下,功率固定同時監控電壓,通過改變輸出電流來維持恒定的功率。在電流控制模式下,固定并監控輸出電流,這時可以調節電壓。施加的功率越高,沉積速率就越大。2、速度:另一個變量是速度。對于單端鍍膜機,鍍膜區的傳動速度可以在每分鐘0~600英寸之間選擇。對于雙端鍍膜機,鍍膜區的傳動速度可以在每分鐘0~200英寸之間選擇。在給定的濺射速率下,傳動速度越低則表示沉積的膜層越厚。3、氣體:較后一個變量是氣體,可以在三種氣體中選擇兩種作為主氣體和輔氣體來進行使用。廣東真空磁控濺射分類
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