磁控濺射報告

1、磁控濺射的發(fā)展及應用 姓名 程凱 學號 10076149128 指導老師 李麗內容大綱01020304磁控濺射簡介及其工作原理磁控濺射簡介及其工作原理磁控濺射的特點磁控濺射的特點影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素磁控濺射的發(fā)展及應用前景磁控濺射的發(fā)展及應用前景磁控濺射簡介及其工作原理 1.1、磁控濺射簡介 由于現(xiàn)代科技發(fā)展的需求，真空鍍膜技術得到了由于現(xiàn)代科技發(fā)展的需求，真空鍍膜技術得到了迅猛發(fā)展。迅猛發(fā)展。真空真空薄膜技術可薄膜技術可改變工件表面性能，提高改變工件表面性能，提高工件的耐磨損、抗氧化、耐腐蝕等性能，延長工件使工件的耐磨損、抗氧化、耐腐蝕等性能，延長工件使用

2、壽命用壽命，具有很高的經濟價值。，具有很高的經濟價值。磁控濺射技術磁控濺射技術可制備可制備超硬膜、耐腐蝕摩擦薄膜、超導薄膜、磁性薄膜、光超硬膜、耐腐蝕摩擦薄膜、超導薄膜、磁性薄膜、光學薄膜，以及各種具有特殊功能的薄膜，是一種十分學薄膜，以及各種具有特殊功能的薄膜，是一種十分有效的薄膜沉積方法，有效的薄膜沉積方法，在工業(yè)薄膜制備領域的應用非在工業(yè)薄膜制備領域的應用非常廣泛。常廣泛。 1.1 磁控濺射簡介 JCP-500M3JCP-500M3磁控濺射沉積系統(tǒng)磁控濺射沉積系統(tǒng) 1.1 磁控濺射簡介 1.2、磁控濺射的工作原理 磁控濺射鍍膜的原理如圖磁控濺射鍍膜的原理如圖 2 2 所示，濺所示，濺射靶

3、材處于負高壓電位，因此產生的電場方射靶材處于負高壓電位，因此產生的電場方向如圖向如圖2 2 中中E E 所示。濺射靶背面是永磁鐵，所示。濺射靶背面是永磁鐵，產生如圖中所示的磁場。電場與磁場正交。產生如圖中所示的磁場。電場與磁場正交。在兩極之間加上電流電壓，產生在兩極之間加上電流電壓，產生輝光放電輝光放電現(xiàn)現(xiàn)象，產生的電子在電場象，產生的電子在電場 E E 的作用下，飛向處的作用下，飛向處于陽極位的基片，在途中于陽極位的基片，在途中與氬原子碰撞，使與氬原子碰撞，使氬原子發(fā)生電離產生氬原子發(fā)生電離產生Ar+Ar+和新的電子，和新的電子，Ar+Ar+帶帶正電，在電場作用下加速飛往處于負高壓的正電，在

4、電場作用下加速飛往處于負高壓的濺射靶，轟擊靶材，使靶材發(fā)生濺射，被濺濺射靶，轟擊靶材，使靶材發(fā)生濺射，被濺射出來的靶原子飛向基片，并最終沉積到基射出來的靶原子飛向基片，并最終沉積到基片上形成薄膜。片上形成薄膜。 1.2、磁控濺射的工作原理 ArAr原子產生的新電子，稱為二原子產生的新電子，稱為二次電子。次電子。二次電子與初始電子由于二次電子與初始電子由于同時受到電場力和磁場同時受到電場力和磁場 B B 的洛倫茲的洛倫茲力的作用，在靶材附近圍繞磁力線力的作用，在靶材附近圍繞磁力線做螺旋運動，做螺旋運動，因此電子的運動軌跡因此電子的運動軌跡大大加長，從而大大加長，從而與氬原子碰撞的幾與氬原子碰撞的

5、幾率也大大增加率也大大增加，通過碰撞產生更多通過碰撞產生更多的的 Ar+ Ar+轟擊靶材，從而大大提高了轟擊靶材，從而大大提高了濺射速率。濺射速率。二次電子在二次電子在經過多次碰經過多次碰撞后能量逐漸降低撞后能量逐漸降低，同時逐漸遠離，同時逐漸遠離靶材，在電場靶材，在電場 E E 的作用下，的作用下，沉積到沉積到基片上基片上，由于此時電子的能量很低，由于此時電子的能量很低，避免了電子轟擊基片使基片的溫度避免了電子轟擊基片使基片的溫度升高升高。 1.2、磁控濺射的工作原理 ILC系列連續(xù)式ITO導電玻璃磁控濺射鍍膜生產線磁控濺射的特點Click here to add your title2 2

6、.1、 磁控濺射技術的特點1 1、可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料，包，包括各種金屬、半導體、鐵磁材料，以及絕緣的氧化括各種金屬、半導體、鐵磁材料，以及絕緣的氧化物、陶瓷、聚合物等物質；物、陶瓷、聚合物等物質；2 2、磁控濺射磁控濺射可制備多種薄膜可制備多種薄膜，不同功能的薄膜，還，不同功能的薄膜，還可沉積組分混合的混合物、化合物薄膜；可沉積組分混合的混合物、化合物薄膜；3 3、磁控濺射等離子體阻抗低，從而導致了磁控濺射等離子體阻抗低，從而導致了高放電電高放電電流流，在約，在約500500的電壓下放電電流可從的電壓下放電電流可從1 1到到100100

7、（取決于陰極的長度）；（取決于陰極的長度）；4 4、成膜成膜速率高速率高，沉積速率變化范圍可從，沉積速率變化范圍可從1nm/s1nm/s到到10nm/s10nm/s；2.1、 磁控濺射技術的特點5 5、成膜的、成膜的一致性好一致性好，甚至是在數(shù)米長的陰極濺射的，甚至是在數(shù)米長的陰極濺射的情況下，仍能保證膜層的一致性；情況下，仍能保證膜層的一致性；6 6、基板溫升低、基板溫升低，受到正交電場和磁場共同作用的電受到正交電場和磁場共同作用的電子，在能量基本耗盡時，才沉積到基片上，子，在能量基本耗盡時，才沉積到基片上，避免了避免了基片的溫度上升基片的溫度上升；7 7、濺射出來的粒子能量約為幾十電子伏特

8、，成膜較濺射出來的粒子能量約為幾十電子伏特，成膜較為致密，且薄膜與基片的附著力強，薄膜的為致密，且薄膜與基片的附著力強，薄膜的牢固度牢固度很強很強；8 8、尤其、尤其適合大面積鍍膜適合大面積鍍膜，沉積面積大膜層，沉積面積大膜層比較均勻比較均勻。2.1、 磁控濺射技術的特點2.1、 磁控濺射技術的特點 磁控濺射鍍膜成品展示2.1、 磁控濺射技術的特點 美國磁控濺射鍍膜 太陽膜影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素 磁控濺射鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性、薄膜磁控濺射鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性、薄膜的成膜質量、濺射速率等方面的問題是實際生產中的成膜質量、濺射速率等方面的問題是實

9、際生產中十分關注的。影響這些工藝穩(wěn)定性的因素主要有十分關注的。影響這些工藝穩(wěn)定性的因素主要有濺濺射功率、氣體壓力與氬氣純度、靶與基片的距離、射功率、氣體壓力與氬氣純度、靶與基片的距離、磁場的強度與分布、基片的溫度與清潔度磁場的強度與分布、基片的溫度與清潔度等因素。等因素。了解并掌握這些因素可以幫助快速找到故障的原因了解并掌握這些因素可以幫助快速找到故障的原因及解決方法。及解決方法。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素1 1、濺射功率的影響濺射功率的影響 濺射功率的增加會提高濺射功率的增加會提高膜厚的均勻性、濺射速率膜厚的均勻性、濺射速率，隨著濺射功率的增加，等離子體的面積增大，因此膜隨著濺射功率

10、的增加，等離子體的面積增大，因此膜層的均勻性會提高。功率的增大，能提高氬氣的電離層的均勻性會提高。功率的增大，能提高氬氣的電離度，增大濺射出的靶材原子數(shù)量，從而提高了濺射速度，增大濺射出的靶材原子數(shù)量，從而提高了濺射速率。而這些靶原子帶有很高的能量淀積到基片上，因率。而這些靶原子帶有很高的能量淀積到基片上，因此能提高此能提高靶材原子與基片的附著力和薄膜的致密度靶材原子與基片的附著力和薄膜的致密度。從而提高了薄膜的成膜質量從而提高了薄膜的成膜質量。但是但是過高的功率過高的功率會造成會造成原子帶有過高的能量轟擊基片，二次電子也相應增多，原子帶有過高的能量轟擊基片，二次電子也相應增多，這都會這都會造

11、成基片溫度過高，會降低薄膜成膜質量與濺造成基片溫度過高，會降低薄膜成膜質量與濺射速率。射速率。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素2 2、靶基距的影響靶基距的影響 在靶基距較小時，在靶基距較小時，薄膜質量較高、濺射速率比較薄膜質量較高、濺射速率比較高，但膜層均勻性很差。高，但膜層均勻性很差。增大靶基距，增大靶基距，薄膜質量與濺薄膜質量與濺射速率會減低，膜層均勻性會提高射速率會減低，膜層均勻性會提高，因此合適的靶基，因此合適的靶基距是保證工藝穩(wěn)定性的重要因素。距是保證工藝穩(wěn)定性的重要因素。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素3 3、氣體壓力與氬氣的影響氣體壓力與氬氣的影響 在在氣體壓力很低的情況下氣

12、體壓力很低的情況下，可以電離的氬氣很少，轟擊靶，可以電離的氬氣很少，轟擊靶材的材的Ar+Ar+也很少，因此也很少，因此濺射速率很低，甚至可能無法起輝濺射速率很低，甚至可能無法起輝。隨著。隨著氣體壓力的氣體壓力的增大增大，氬氣的濃度增大，被濺射出的靶材原子在飛向，氬氣的濃度增大，被濺射出的靶材原子在飛向基片的過程中，與這些氣體碰撞的幾率變大基片的過程中，與這些氣體碰撞的幾率變大 ，靶材原子的分布，靶材原子的分布變得均勻，從而能變得均勻，從而能提高膜層的均勻性提高膜層的均勻性。同時。同時 Ar+ Ar+密度隨著氬氣濃密度隨著氬氣濃度增大而增大，濺射出來的靶原子也會增加，從而度增大而增大，濺射出來的

13、靶原子也會增加，從而增大了濺射速增大了濺射速率率。但是氣體壓力。但是氣體壓力過大會降低濺射速率與成膜質量過大會降低濺射速率與成膜質量，因為過大的，因為過大的氣體壓力會增大靶材原子與氣體的碰撞次數(shù)，靶材原子損失大量氣體壓力會增大靶材原子與氣體的碰撞次數(shù)，靶材原子損失大量能量，使得沉積到基片上的原子的能量過低，能量，使得沉積到基片上的原子的能量過低，從而影響膜層的附從而影響膜層的附著力與致密性著力與致密性。同時過大的氣體壓力會造成。同時過大的氣體壓力會造成氬氬離子的平均自由程離子的平均自由程的降低，與氣體分子碰撞的次數(shù)過多，也會導致沉積速率的降低的降低，與氣體分子碰撞的次數(shù)過多，也會導致沉積速率的

14、降低。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素4 4、磁場的影響磁場的影響 磁場不均勻會使薄膜的均勻性變差磁場不均勻會使薄膜的均勻性變差，磁控濺射的，磁控濺射的基本原理就是通過磁場來延長電子的運動軌跡，盡可基本原理就是通過磁場來延長電子的運動軌跡，盡可能的與氬原子發(fā)生碰撞，在磁場強的地方產生的能的與氬原子發(fā)生碰撞，在磁場強的地方產生的 Ar+ Ar+離子多離子多 ，轟擊出的靶材原子也比較多，基片上膜層就，轟擊出的靶材原子也比較多，基片上膜層就比較厚，反之磁場弱的地方，膜層較薄。顯然，磁場比較厚，反之磁場弱的地方，膜層較薄。顯然，磁場的強弱也會影響沉積速率，的強弱也會影響沉積速率，磁場強沉積速率高，反

15、之，磁場強沉積速率高，反之，沉積速率低。沉積速率低。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素5 5、基片溫度與清潔度的影響基片溫度與清潔度的影響 合適的基片溫度能提高薄膜的附著力與淀積速度合適的基片溫度能提高薄膜的附著力與淀積速度，這個需要根據(jù)不，這個需要根據(jù)不同的靶材摸索具體的溫度。薄膜的成核長大過程很復雜同的靶材摸索具體的溫度。薄膜的成核長大過程很復雜, ,是一個非平衡是一個非平衡過程過程, ,包括氣相原子的沉積和基底表面吸附原子的再蒸發(fā)過程。實際的包括氣相原子的沉積和基底表面吸附原子的再蒸發(fā)過程。實際的生長過程總是以一定速率生長生長過程總是以一定速率生長, ,沉積率大于再蒸發(fā)率沉積率大于再蒸發(fā)

16、率。其他工藝條件不。其他工藝條件不變變, ,在熱蒸發(fā)鍍膜中如果基底溫度不斷增大在熱蒸發(fā)鍍膜中如果基底溫度不斷增大, ,沉積速率是減小的沉積速率是減小的, ,因為因為熱熱蒸發(fā)鍍膜蒸發(fā)鍍膜, ,沉積原子之間以物理吸附為主沉積原子之間以物理吸附為主, ,隨著基底溫度增大再蒸發(fā)率會隨著基底溫度增大再蒸發(fā)率會不斷增大。而在不斷增大。而在磁控濺射磁控濺射中中, ,氣相沉積原子能量很大氣相沉積原子能量很大, ,磁控濺射原子能量磁控濺射原子能量為熱蒸發(fā)原子能量的為熱蒸發(fā)原子能量的1010倍到幾十倍倍到幾十倍，有可能在基底表面引起一定的化學有可能在基底表面引起一定的化學鍵斷裂重組鍵斷裂重組, ,在基底溫度逐漸增

17、大的過程中在基底溫度逐漸增大的過程中, ,使使化學吸附化學吸附反應過程加快反應過程加快, ,由于基底溫度仍然在較小范圍內由于基底溫度仍然在較小范圍內不能使不能使化學吸附的原子化學吸附的原子再蒸發(fā)率增大再蒸發(fā)率增大, ,沉積率大于再蒸發(fā)率沉積率大于再蒸發(fā)率，從而使沉積速率增大。從而使沉積速率增大?；那鍧嵍葘c薄基片的清潔度對基片與薄膜的附著力的影響很大膜的附著力的影響很大，因此做好基片與真空腔體的清潔工作十分重要。，因此做好基片與真空腔體的清潔工作十分重要。 磁控濺射的發(fā)展及應用前景4 4、磁控濺射的發(fā)展及應用前景 隨著工業(yè)的需求和表面技術的發(fā)展，新型磁控濺射隨著工業(yè)的需求和表面技術的發(fā)

18、展，新型磁控濺射如如高速濺射、自濺射高速濺射、自濺射等成為目前磁控濺射領域新的發(fā)展等成為目前磁控濺射領域新的發(fā)展趨勢。趨勢。 高速濺射高速濺射能夠得到大約幾個能夠得到大約幾個m/min m/min 的高速率沉積，的高速率沉積，可以縮短濺射鍍膜的時間，提高工業(yè)生產的效率；有可可以縮短濺射鍍膜的時間，提高工業(yè)生產的效率；有可能替代目前對環(huán)境有污染的電鍍工藝。能替代目前對環(huán)境有污染的電鍍工藝。 當濺射率非常高，以至于在完全沒有惰性氣體的情當濺射率非常高，以至于在完全沒有惰性氣體的情況下也能維持放電，即是僅用離化的被濺射材料的蒸汽況下也能維持放電，即是僅用離化的被濺射材料的蒸汽來維持放電，這種磁控濺射被稱為來維持放電，這種磁控濺射被稱為自濺射自濺射。被濺射材料。被濺射材料的離子化以及減少甚至取消惰性氣體，會明顯地影響薄的離子化以及減少甚至取消惰性氣體，會明顯地影響薄膜形成的機制，加強沉積薄膜過程中合金化和化合物形膜形成的機制，加強沉積薄膜過程中合金化