中頻濺射.doc

磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應(yīng)用對象。但有一共同點：利用磁場與電子交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運行，從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。在近幾十年的發(fā)展中，大家逐漸采用永久磁鐵，很少用線圈磁鐵。 靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源鍍膜均勻，非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強。平衡靶源多用于半導(dǎo)體光學(xué)膜，非平衡多用于磨損裝飾膜。 不管平衡非平衡，若磁鐵靜止，其磁場特性決定一般靶材利用率小于30%。為增大靶材利用率，可采用旋轉(zhuǎn)磁場。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，同時濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶。如半導(dǎo)體膜濺射。對于小型設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備，多用磁場靜止靶源。 用磁控靶源濺射金屬和合金很容易，點火和濺射很方便。這是因為靶（陰極），等離子體，和被濺零件/真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體如陶瓷則回路斷了。于是人們采用高頻電源，回路中加入很強的電容。這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。但高頻磁控濺射電源昂貴，濺射速率很小，同時接地技術(shù)很復(fù)雜，因而難大規(guī)模采用。為解決此問題，發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。就是用金屬靶，加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮氣或氧氣。當(dāng)金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化，與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。 磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易,而實際操作困難。主要問題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面，也發(fā)生在陽極，真空腔體表面，以及靶源表面。從而引起滅火，靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù)，很好的解決了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極，從而消除陽極表面氧化或氮化。 冷卻是一切源（磁控，多弧，離子）所必需，因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量，若無冷卻或冷卻不足，這種熱量將使靶源溫度達一千度以上從而溶化整個靶源。 一臺磁控設(shè)備往往很昂貴，但大家容易將錢花在設(shè)備其它上如真空泵，MFC, 膜厚測量上而忽略靶源。再好的磁控濺射設(shè)備若無好靶源，就像畫龍而沒有點睛一樣。 采用中頻濺射的優(yōu)點是可得到光滑致密.膜層硬度高.膜厚可線性成長.不中毒.溫升緩和,但設(shè)備的要求較高,工作壓強范圍很窄,各種控制要求快速精準. 多弧濺射在靶材上施小電壓大電流使材料離子化（帶正電顆粒）， 從而高速擊向基片(負電)并沉積，形成致密膜堅硬膜。主要用于耐磨耐蝕膜。其缺點是正負電撞造成膜層不均勻，空穴、燒蝕。 中頻濺射的原理跟一般的直流濺射是相同的,不同的是直流濺射把筒體當(dāng)陽極,而中頻濺射是成對的,筒體是否參加必須視整體設(shè)計而定,與整個系統(tǒng)濺射過程中,陽極陰極的安排有關(guān),參與的比率周期有很多方法,不同的方法可得到不相同的濺射產(chǎn)額,得到不相同的離子密度 中頻濺射主要技術(shù)在于電源的設(shè)計與應(yīng)用,目前較成熟的是正弦波與脈沖方波二種方式輸出,各有其優(yōu)缺點,首先應(yīng)考慮膜層種類,分析哪種電源輸出方式適合哪種膜層,可以用電源特性來得到想要的膜層效果. 中頻濺射也是磁控濺射的一種,一般磁控濺射靶的設(shè)計,磁場的設(shè)計是各家技術(shù)的重點,國際幾個有名的濺射靶制造商,對靶磁場的設(shè)計相當(dāng)專業(yè),改變磁場設(shè)計能得到不相同的等離子體蒸發(fā)量.電子的路徑,等離子體的分布,所以濺射靶磁場是各家的技術(shù)機密. 關(guān)于陰極弧（也就是離子鍍），磁控濺射，以及坩堝蒸發(fā)都屬于PVD（物理氣相沉積），坩堝蒸發(fā)主要是相變，蒸發(fā)靶材只有幾個電子伏特的能量。所以膜附著力小，但沉積率高，多用于光學(xué)鍍膜。磁控濺射中氬離子沖擊靶材使靶材原子和分子碎片沉積在零件，靶材材料動能可達數(shù)百甚至上千電子伏特能量。是真正的中性的納米級鍍膜。陰極弧起弧后一方面靶面高溫將材料冶金融化，強大電場然后將融化材料幾乎完全離子化，在靶電源和零件偏壓綜合作用下成膜。看起來陰極弧鍍較先進，其實不然。首先靶面溶化過程很隨機不可控制，離子成團鍍到零件。鍍件均勻性和光滑性難以保證。通俗點講陰極弧鍍是真空下的焊接過程，陰極弧電源和焊接電源原理上很近似。陰極弧技術(shù)主要源于前蘇聯(lián)，在我國因種種原因較普及，電源簡單是很大一個因素。但技術(shù)不斷進步。近年過濾陰極弧技術(shù)發(fā)展較快，避免了成膜不均勻的缺點，但有所得必有所失，過濾使沉積率減小而設(shè)備成本增高。 國際上最近有一些趨勢值得注意，一是非平衡磁控濺射方法在大型鍍膜設(shè)備公司，特別是歐洲的公司有較快發(fā)展并開始大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用；另一個是美國的一些公司，在脈沖反應(yīng)磁控濺射上有很大進展。其所鍍氧化和氮化膜沉積速率幾乎達到金屬速率。 中頻磁控濺射對靶和磁場的設(shè)計以及工作氣壓要求很高，中頻磁控濺射是直流磁控濺射沉積速率的2到3倍。中頻磁控濺射是兩個靶工作，制備化合物膜層，由于其離化率低很難找到一個最佳的中毒點，對工作氣體的流量控制要求很嚴格。若控制不好則很難制備均勻和結(jié)合力好的膜層。再就是磁場的設(shè)計主要是磁場分布的均勻性這樣既可以提高靶材的利用率，另外對于最佳中毒點工作時的穩(wěn)定性也有很大提高 磁控濺射的離子能量和繞射性都遠低于多弧靶面，與工件的距離是很重要的，太近離子對工件的轟擊可以損壞膜層，太遠則偏離了最佳濺射距離制備的膜層結(jié)合力很差 中頻的靶材用的對靶,有的用到三對.靶都是比較大，就中頻而言,現(xiàn)在用的多的都是鍍一些金屬的工件.這樣的真空爐一般都做的比較大,可以放下很多任務(wù)件,鍍出來的膜層也更加的致密. 中頻濺射能否在較低的真空度條件下工作？是沒有問題的，目前我們的進度是可以在8.0*10-2Pa工作。 中頻濺射TiN薄膜顏色的影響因素？偏壓對L a b值的影響？ 偏壓對顏色確實有很密切的關(guān)系, 濺射氣壓（氬氣）對L a b值的影響？