青州市中拓鍍膜機械科技有限公司

磁控濺射鍍膜原理及工藝

2022-07-12 16:15:13

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磁控濺射鍍膜原理及工藝真空鍍膜技術作為一種產生特定膜層的技術,在現實生產生活中有著廣泛的應用。真空鍍膜技術有三種形式,即蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。這里主要講一

磁控濺射鍍膜原理及工藝


真空鍍膜技術作為一種產生特定膜層的技術,在現實生產生活中有著廣泛的應用。真空鍍膜技術有三種形式,即蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。這里主要講一下由濺射鍍膜技術發展來的磁控濺射鍍膜的原理及相應工藝的研究。

濺射現象于1870年開始用于鍍膜技術,1930年以后由于提高了沉積速率而逐漸用于工業生產。磁控濺射可以被認為是鍍膜技術中最突出的成就之一。它以濺射率高、基片溫升低、膜-基結合力好、裝置性能穩定、操作控制方便等優點,成為鍍膜工業應用領域(特別是建筑鍍膜玻璃、透明導電膜玻璃、柔性基材卷繞鍍等對大面積的均勻性有特別苛刻要求的連續鍍膜場合)的首選方案。

1磁控濺射原理:

濺射屬于PDV (物理氣相沉積)三種基本方法:真空蒸發、濺射、離子鍍(空心陰極離子鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍)中的一種。

磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下,在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞,使其電離產生出Ar正離子和新的電子;新電子飛向基片,Ar正離子在電場作用下加速飛向陰極靶,并以高能量轟擊靶表面,使靶材發生濺射。

在濺射粒子中,中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜,而產生的二次電子會受到電場和磁場作用,產生E (電場) XB (磁場)所指的方向漂移,簡稱EX B漂移,其運動軌跡近似于一條擺線。

若為環形磁場,則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動,它們的運動路徑不僅很長,而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內,并且在該區域中電離出大量的Ar正離子來轟擊靶材,從而實現了高的沉積速率。隨著碰撞次數的增加,二次電子的能量消耗殆盡,逐漸遠離靶表面,并在電場E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低,傳遞給基片的能量很小,致使基片溫升較低。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經歷復雜的散射過程,和靶原子碰撞,把部分動量傳給靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成級聯過程。在這種級聯過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量,離開靶被濺射出來。

1.1磁控濺射種類

磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應用對象。但有一共同點:利用磁場與電場交互作用,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生離子的概率。所產生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。

1.1.1技術分類

磁控濺射在技術_上可以分為直流(DC)磁控濺射、中頻(MF)磁控濺射、射頻(RF)磁控濺射。

3.3. 1磁控濺射沉積鍍膜機理:

磁控濺射系統是在基本的二極濺射系統發展而來,解決二極濺射鍍膜速度比蒸鍍慢很多、等離子體的離化率低和基片的熱效應明顯的問題。磁控濺射系統在陰極靶材的背后放置強力磁鐵,真空室充入0.1~ 10Pa壓力的惰性氣體(Ar),作為氣體放電的載體。

在高壓作用下Ar原子電離成為Ar+離子和電子,產生等離子輝光放電,電子在加速飛向基片的過程中,受到垂直于電場的磁場影響,使電子產生偏轉,被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內,電子以擺線的方式沿著靶表面前進,在運動過程中不斷與Ar原子發生碰撞,電離出大量的Ar+離子,與沒有磁控管的結構的濺射相比,離化率迅速增加10~100倍,因此該區域內等離子體密度很高。

經過多次碰撞后電子的能量逐漸降低,擺脫磁力線的束縛,最終落在基片、真空室內壁及靶源陽極上。而Ar+ 離子在高壓電場加速作用下,與靶材的撞擊并釋放出能量,導致靶材表面的原子吸收Ar+離子的動能而脫離原晶格束縛,呈中性的靶原子逸出靶材的表面飛向基片,并在基片上沉積形成薄膜。



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