金属磁控溅射原理

真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术的区别：真空磁控溅射涂层技术不同于真空蒸发涂层技术。溅射是指荷能颗粒轰击固体表面，使固体原子或分子从表面射出的现象。大多数粒子是原子状态，通常称为溅射原子。用于轰击目标的溅射颗粒可以是电子、离子或中性颗粒，因为离子很容易加速电场下所需的动能，所以大多数都使用离子作为轰击颗粒。溅射过程是基于光放电，即溅射离子来自气体放电。不同的溅射技术使用不同的光放电方法。直流二极溅射采用直流光放电，三极溅射采用热阴极支撑光放电，射频溅射采用射频光放电，磁控溅射采用环磁场控制的光放电。真空磁控溅射涂层技术与真空蒸发涂层技术相比有许多优点。如任何物质都能溅射，特别是高熔点和低蒸汽压力的元素和化合物；溅射膜与基板附着力好；膜密度高；膜厚可控，重复性好。此外，蒸发法与溅射法相结合，即离子镀。该方法具有附着力强、沉积率高、膜密度高等优点。溅射可连续工作，镀膜过程容易自动控制，工业上流水线作业。金属磁控溅射原理

磁控溅射的溅射技术：直流溅射法：直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料。因为轰击绝缘靶材时，表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材，须用射频溅射法。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程：入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞，入射粒子的一部分动能会传给靶材原子；某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒，从而从晶格点阵中被碰撞出来，产生离位原子；这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞，产生碰撞级联；当这种碰撞级联到达靶材表面时，如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能，这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。金属磁控溅射原理靶源分平衡式和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。

高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片，导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上，引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走，薄膜的较大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环，还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅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决的一个问题。

平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。沉积室充入一定量的工作气体，通常为Ar，在高压作用下Ar原了电离成为Ar+离子和电子，产生辉光放电，Ar+离子经电场加速轰击靶材，溅射出靶材原子、离子和二次电子等。电子在相互垂直的电磁场的作用下，以摆线方式运动，被束缚在靶材表面，延长了其在等离子体中的运动轨迹，增加其参与气体分子碰撞和电离的过程，电离出更多的离子，提高了气体的离化率，在较低的气体压力下也可维持放电，因而磁控溅射既降低溅射过程中的气体压力，也同时提高了溅射的效率和沉积速率。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。

磁控溅射的工艺研究：1、系统参数：工艺会受到很多参数的影响。其中，一些是可以在工艺运行期间改变和控制的;而另外一些则虽然是固定的，但是一般在工艺运行前可以在一定范围内进行控制。两个重要的固定参数是：靶结构和磁场。2、靶结构：每个单独的靶都具有其自身的内部结构和颗粒方向。由于内部结构的不同，两个看起来完全相同的靶材可能会出现迥然不同的溅射速率。在镀膜操作中，如果采用了新的或不同的靶，应当特别注意这一点。如果所有的靶材块在加工期间具有相似的结构，调节电源，根据需要提高或降低功率可以对它进行补偿。在一套靶中，由于颗粒结构不同，也会产生不同的溅射速率。这也需要在镀膜期间加以注意。不过，这种情况只有通过更换靶材才能得到解决，这时候为了得到优良的膜层，必须重新调整功率或传动速度。因为速度对于产品是至关重要的，所以标准而且适当的调整方法是提高功率。玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。北京单靶磁控溅射用处

溅射的金属膜通常能获得良好的光学性能、电学性能及某些特殊性能。金属磁控溅射原理

磁控溅射靶材的制备方法：磁控溅射靶材的制备技术方法按生产工艺可分为熔融铸造法和粉末冶金法两大类，在靶材的制备过程中，除严格控制材料的纯度、致密度、晶粒度以及结晶取向之外，对热处理工艺条件、后续成型加工过程亦需要加以严格的控制，以保证靶材的质量。1、熔融铸造法：与粉末冶金法相比，熔融铸造法生产的靶材产品杂质含量低，致密度高。2、粉末冶金法：通常，熔融铸造法无法实现难熔金属溅射靶材的制备，对于熔点和密度相差较大的两种或两种以上的金属，采用普通的熔融铸造法，一般也难以获得成分均匀的合金靶材；对于无机非金属靶材、复合靶材，熔融铸造法更是无能为力，而粉末冶金法是解决制备上述靶材技术难题的较佳途径。同时，粉末冶金工艺还具有容易获得均匀细晶结构、节约原材料、生产效率高等优点。金属磁控溅射原理