磁控濺射報(bào)告概要課件

磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用姓名 程凱學(xué)號(hào)

10076149128指導(dǎo)老師 李麗1內(nèi)容大綱0401

磁控濺射簡(jiǎn)介及其工作原理02

磁控濺射的特點(diǎn)03

影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素2磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景磁控濺射簡(jiǎn)介及其工作原理0131.1、磁控濺射簡(jiǎn)介由于現(xiàn)代科技發(fā)展的需求，真空鍍膜技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。真空薄膜技術(shù)可改變工件表面性能，提高工件的耐磨損、抗氧化、耐腐蝕等性能，延長(zhǎng)工件使用壽命，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。磁控濺射技術(shù)可制備超硬膜、耐腐蝕摩擦薄膜、超導(dǎo)薄膜、磁性薄膜、光學(xué)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，在工業(yè)薄膜制備領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。41.1磁控濺射簡(jiǎn)介JCP-500M3磁控濺射沉積系統(tǒng)51.1磁控濺射簡(jiǎn)介61.2、磁控濺射的工作原理

磁控濺射鍍膜的原理如圖

2 所示，濺射靶材處于負(fù)高壓電位，因此產(chǎn)生的電場(chǎng)方向如圖

2 中

E 所示。濺射靶背面是永磁鐵，產(chǎn)生如圖中所示的磁場(chǎng)。電場(chǎng)與磁場(chǎng)

正交。在兩極之間加上電流電壓，產(chǎn)生輝

光放電現(xiàn)象，產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)

E 的作用下，飛向處于陽(yáng)極位的基片，在途中與氬

原子碰撞，使氬原子發(fā)生電離產(chǎn)生Ar+和新的電子，Ar+帶正電，在電場(chǎng)作用下加速飛往處于負(fù)高壓的濺射靶，轟擊靶材，使靶

材發(fā)生濺射，被濺射出來(lái)的靶原子飛向基

片，并最終沉積到基片上形成薄膜。71.2、磁控濺射的工作原理

Ar原子產(chǎn)生的新電子，稱為二次電子。二次電子與初始電子由于同時(shí)受到電場(chǎng)力和磁場(chǎng)B的洛倫茲力的作用，在靶材附近圍繞磁力線做螺旋運(yùn)動(dòng)，因此電子的運(yùn)動(dòng)軌跡大大加長(zhǎng)，從而與氬原子碰撞的幾率也大大增加，通過(guò)碰撞產(chǎn)生更多的

Ar+轟擊靶材，從而大大提高了濺射速率。二次電子在經(jīng)過(guò)多次碰撞后能量逐漸降低，同時(shí)逐漸遠(yuǎn)離靶材，在電場(chǎng)

E 的作用下，沉積到基片上，由于此時(shí)電子的能量很低，避免了電子轟擊基片使基片的溫度升高。81.2、磁控濺射的工作原理ILC系列連續(xù)式ITO導(dǎo)電玻璃磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線9磁控濺射的特點(diǎn)10Click

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title22.1、磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)

1、可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料，包括各種金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料，以及絕緣的氧化物、陶瓷、聚合物等物質(zhì)；

2、磁控濺射可制備多種薄膜，不同功能的薄膜，還可沉積組分混合的混合物、化合物薄膜；

3、磁控濺射等離子體阻抗低，從而導(dǎo)致了高放電電流，在約500Ｖ的電壓下放電電流可從1Ａ到100Ａ（取決于陰極的長(zhǎng)度）；

4、成膜速率高，沉積速率變化范圍可從1nm/s到10nm/s；112.1、磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)

5、成膜的一致性好，甚至是在數(shù)米長(zhǎng)的陰極濺射的情況下，仍能保證膜層的一致性；

6、基板溫升低，受到正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同作用的電子，在能量基本耗盡時(shí)，才沉積到基片上，避免了基片的溫度上升；

7、濺射出來(lái)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(qiáng)，薄膜的牢固度很強(qiáng)；

8、尤其適合大面積鍍膜，沉積面積大膜層比較均勻。122.1、磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)132.1、磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)磁控濺射鍍膜成品展示142.1、磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn)美國(guó)磁控濺射鍍膜太陽(yáng)膜15影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素163、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素

17磁控濺射鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性、薄膜的成膜質(zhì)量、濺射速率等方面的問(wèn)題是實(shí)際生產(chǎn)中十分關(guān)注的。影響這些工藝穩(wěn)定性的因素主要有濺射功率、氣體壓力與氬氣純度、靶與基片的距離、磁場(chǎng)的強(qiáng)度與分布、基片的溫度與清潔度等因素。了解并掌握這些因素可以幫助快速找到故障的原因及解決方法。3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素1、濺射功率的影響濺射功率的增加會(huì)提高膜厚的均勻性、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

層的均勻性會(huì)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

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(zhì)量。但是過(guò)高的功率會(huì)造成

原子帶有過(guò)高的能量轟擊基片，二次電子也相應(yīng)增多，這都會(huì)造成基片溫度過(guò)高，會(huì)降低薄膜成膜質(zhì)量與濺

射速率。183、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素2、靶基距的影響在靶基距較小時(shí)，薄膜質(zhì)量較高、濺射速率比較高，但膜層均勻性很差。增大靶基距，薄膜質(zhì)量與濺射速率會(huì)減低，膜層均勻性會(huì)提高，因此合適的靶基距是保證工藝穩(wěn)定性的重要因素。193、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素

3、氣體壓力與氬氣的影響在氣體壓力很低的情況下，可以電離的氬氣很少，轟擊靶材的A

r+

也很少，因此濺射速率很低，甚至可能無(wú)法起輝。隨著氣體壓力的增大，氬氣的濃度增大，被濺射出的靶材原子在飛向基片的過(guò)程中，與這些氣體碰撞的幾率變大 ，靶材原子的分布變得均勻，從而能提高膜層的均勻性。同時(shí)

A

r+

密度隨著氬氣濃度增大而增大，濺射出來(lái)的靶原子也會(huì)增加，從而增大了濺射速率。但是氣體壓力過(guò)大會(huì)降低濺射速率與成膜質(zhì)量，因?yàn)檫^(guò)大的氣體壓力會(huì)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(guò)低，

從而影響膜層的附著力與致密性。同時(shí)過(guò)大的氣體壓力會(huì)造成氬離子的平均自由程的降低，與氣體分子碰撞的次數(shù)過(guò)多，也會(huì)導(dǎo)致沉積速率的降低。203、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素4、磁場(chǎng)的影響磁場(chǎng)不均勻會(huì)使薄膜的均勻性變差，磁控濺射的基本原理就是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，盡可能的與氬原子發(fā)生碰撞，在磁場(chǎng)強(qiáng)的地方產(chǎn)生的

Ar+離子多 ，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(chǎng)弱的地方，膜層較薄。顯然，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱也會(huì)影響沉積速率，磁場(chǎng)強(qiáng)沉積速率高，反之，沉積速率低。213、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素5、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，這個(gè)需要根據(jù)不同的靶材摸索具體的溫度。薄膜的成核長(zhǎng)大過(guò)程很復(fù)雜,是一個(gè)非平衡過(guò)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(guò)程。實(shí)際的生長(zhǎng)過(guò)程總是以一定速率生長(zhǎng),沉積率大于再蒸發(fā)率。其他工藝條件不變,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,因?yàn)闊嵴舭l(fā)鍍膜,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(huì)不斷增大。而在磁控濺射中,氣相沉積原子能量很大,磁控濺射原子能量為熱蒸發(fā)原子能量的10倍到幾十倍，有可能在基底表面引起一定的化學(xué)鍵斷裂重組,在基底溫度逐漸增大的過(guò)程中,使化學(xué)吸附反應(yīng)過(guò)程加快,由于基底溫度仍然在較小范圍內(nèi)不能使化學(xué)吸附的原子再蒸發(fā)率增大,沉積率大于再蒸發(fā)率，從而使沉積速率增大?；那鍧嵍葘?duì)基片與薄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。224

磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景234、磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景隨著工業(yè)的需求和表面技術(shù)的發(fā)展，新型磁控濺射如高速濺射、自濺射等成為目前磁控濺射領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)。高速濺射能夠得到大約幾個(gè)μm/min的高速率沉積，可以縮短濺射鍍膜的時(shí)間，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率；有可能替代目前對(duì)環(huán)境有污染的電鍍工藝。當(dāng)濺射率非常高，以至于在完全沒(méi)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來(lái)維持放電，這種磁控濺射被稱為自濺射。被濺射材料的離子化以及減少甚至取消惰性氣體，會(huì)明顯地影響薄膜形成的機(jī)制，加強(qiáng)沉積薄膜過(guò)程中合金化和化合物形成中的化學(xué)反應(yīng)。由此可能制備出新的薄膜材料，發(fā)展新的濺射技術(shù)，例如在深孔底部自濺射沉積薄膜。244、磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景磁控濺射技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)的建材、裝飾、光學(xué)、防腐蝕、工磨具強(qiáng)化等領(lǐng)域得到比較廣泛的應(yīng)用。利用磁控濺射技術(shù)進(jìn)行光電、光熱、磁學(xué)、超導(dǎo)、介質(zhì)、催化等功能薄膜制備是當(dāng)前研究的熱