磁控濺射鍍膜設備原理及其優(yōu)點

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-09-06

磁控濺射技術(MS)作為一種十分有效的薄膜沉積方法，被普遍和成功地應用于許多方面，特別是在混合集成電路、光學薄膜和材料表面處理領域中，用于薄膜沉積和表面覆蓋層制備。與熱蒸發(fā)和電弧鍍相比較，MS技術沉積薄膜過程穩(wěn)定，控制方便，可以根據(jù)不同的需要來設計靶材，容易獲得較大范圍的薄膜均勻性。同時，MS成膜離子的能量一般高于熱蒸發(fā)，低于電弧鍍，因此，容易獲得附著力好、致密度高、內應力小的薄膜。

1，磁控濺射鍍膜的原理

濺射技術是指用有一定能量的粒子轟擊固體表面，使該固體表面的原子或者分子離開其表面，濺射出去的技術，該固體被稱為靶材，飛濺而出的原子或分子落于另一固體表面形成鍍膜，被鍍膜的固體稱之為基片。電子在外加電場作用下，加速向外飛出，與Ar原子發(fā)生碰撞，使Ar原子電離成Ar離子和二次電子，并將其大部分能量傳遞給Ar離子，Ar離子獲得能量后以高速轟擊靶材，使其上原子或分子脫離靶材表面飛濺出去，這些獲得能量的原子或分子落于基片表面并沉淀下來形成鍍膜。但由于發(fā)生了多次的能量傳遞，導致電子無法轟擊電離靶材，而是直接落于基片之上。磁控濺射是在外加電場的兩極之間引入一個磁場，電子受電場力加速作用的同時受到洛倫茲磁力的束縛作用，從而使其運動軌跡由原來的直線變成擺線，從而增加了高速電子與氬氣分子相碰撞的幾率，能大大提高氬氣分子的電離程度，因此便可降低了工作氣壓，而Ar離子在高壓電場加速作用下，轟擊靶材表面，使靶材表面更多的原子或分子脫離原晶格而濺出靶材飛向基片，高速撞擊沉淀于基片上形成薄膜，由于二次電子殘余的能量較低，落于基片后引起的溫度變化并不明顯，于是磁控濺射鍍膜技術擁有“高速低溫”的特點。其原理如圖一所示：

圖 1 磁控濺射鍍膜原理圖

2，磁控濺射鍍膜技術與傳統(tǒng)的鍍膜技術相比的優(yōu)點

可制備成靶材的材料很多，選材面較廣，幾乎所有金屬，合金和陶瓷材料都可以被用來制作靶材；在一定條件下通過多個靶材共同濺射方式，可在基片表面鍍上一層比例精確的合金膜；通過精確地控制磁場與電場的大小可以獲得高質量且較為均勻的膜厚；由于是通過離子濺射從而使得靶材物質由固態(tài)直接轉變?yōu)楦咚匐x子態(tài)，而且濺射靶的安裝是不受限制的，使之十分適合大容積多靶裝置的設計；此外，在濺射的放電氣氛中加入氧、氮或其它活性氣體，可以是靶材與這些氣體發(fā)生反應形成化合物膜層沉淀在基片的表面；同時，磁控濺射技術形成鍍膜具有速度快，膜層致密均勻精度高附著性好等特點，從而此項技術十分適合大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，并具有極高的生產(chǎn)率與生產(chǎn)效率。

隨著科技的進步，磁控濺射設備技術愈加成熟，其成本逐漸被民用市場接受，磁控濺射技術不再局限于軍工、航空航天等領域關鍵元器件的制備應用，目前已廣泛應用到光學薄膜、薄膜太陽能電池、半導體等領域。