磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后,并不直接飞向阳极,而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量,使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子较终沿磁力线漂移到阴极附近的阳极而被吸收,避免高能电子对极板的强烈轰击,消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起的损伤,体现出磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在,电子的复杂运动增加了电离率,实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场,一般采用永久磁铁实现。在热阴极的前面增加一个电极,构成四极溅射装置,可使放电趋于稳定。黑龙江陶瓷靶材磁控溅射优点
磁控溅射技术原理:电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向基片。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,呈中性的靶原子沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响,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。在运动过程中不断的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,较终沉积在基片上。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不只只是基片,真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。黑龙江陶瓷靶材磁控溅射优点磁控溅射成为镀膜工业主要方法之一。
磁控溅射镀膜常见领域应用:1.一些不适合化学气相沉积(MOCVD)的材料可以通过磁控溅射沉积,这种方法可以获得均匀的大面积薄膜。2.机械工业:如表面功能膜、超硬膜、自润滑膜等.这些膜能有效提高表面硬度、复合韧性、耐磨性和高温化学稳定性,从而大幅度提高产品的使用寿命.3.光领域:闭场非平衡磁控溅射技术也已应用于光学薄膜(如增透膜)、低辐射玻璃和透明导电玻璃.特别是,透明导电玻璃普遍应用于平板显示器件、太阳能电池、微波和射频屏蔽器件和器件、传感器等。
磁控溅射设备原子的能量比蒸发原子的能量大许多倍;入射离子的能量很低时,溅射原子角散布就不完全符合余弦散布规律。角散布还与入射离子方向有关。从单晶靶溅射出来的原子趋向于集中在晶体密度大的方向,因为电子的质量很小,所以即便运用具有高能量的电子炮击靶材也不会发生溅射现象。因为溅射是一个杂乱的物理进程,涉及的因素许多,长期以来关于溅射机理虽然进行了许多的研究,提出过许多的理论,但都难以完善地解说溅射现象。广东省科学院半导体研究所。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、附着力强等优点。
真空磁控溅射为什么必须在真空环境?溅射过程是通过电能,使气体的离子轰击靶材,就像砖头砸土墙,土墙的部分原子溅射出来,落在所要镀膜的基体上的过程。如果气体太多,气体离子在运行到靶材的过程中,很容易跟路程中的其他气体离子或分子碰撞,这样就不能加速,也溅射不出靶材原子来。所以需要真空状态。而如果气体太少,气体分子不能成为离子,没有很多可以轰击靶材,所以也不行。只能选择中间值,有足够的气体离子可以轰击靶材,而在轰击过程中,不至于因为气体太多而相互碰撞致使失去太多的能量的气体量。所以必须在较为恒定的真空状态下。此状态根据气体分子直径和分子自由程计算。一般在0.2-0.5Pa之间。磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来。黑龙江陶瓷靶材磁控溅射优点
磁控溅射发展至今,除了上述一般溅射方法的优点外,还实现了高速、低温、低损伤。黑龙江陶瓷靶材磁控溅射优点
磁控溅射体系设备的稳定性,对所生成的膜均匀性、成膜质量、镀膜速率等方面有很大的影响。磁控溅射体系设备的溅射品种有许多,按照运用的电源分,能够分为直流磁控溅射,射频磁控溅射,中频磁控溅射等等。溅射涂层开始显示出简略的直流二极管溅射。它的优点是设备简略,但直流二极管溅射堆积速率低;为了坚持自我约束的排放,它不能在低压下进行;它不能溅射绝缘材料。这样的缺陷约束了它的运用。在直流二极管溅射设备中添加热阴极和辅佐阳极可构成直流三极管溅射。由添加的热阴极和辅佐阳极发生的热电子增强了溅射气体原子的电离作用,因而即便在低压下也能够进行溅射。不然,能够下降溅射电压以进行低压溅射。在低压条件下;放电电流也会添加,并且能够不受电压影响地单独操控。在热阴极之前添加电极(网格状)以形成四极溅射装置能够稳定放电。可是,这些装置难以获得具有高浓度和低堆叠速度的等离子体区域,因而其尚未在工业中普遍运用。黑龙江陶瓷靶材磁控溅射优点
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