1、磁控溅射的发展及应用,姓名 程凯 学号 10076149128 指导老师 李丽,内容大纲,01,02,03,04,磁控溅射简介及其工作原理,磁控溅射的特点,影响磁控溅射工艺稳定性的因素,磁控溅射的发展及应用前景,磁控溅射简介及其工作原理,01,1.1、磁控溅射简介,由于现代科技发展的需求，真空镀膜技术得到了迅猛发展。真空薄膜技术可改变工件表面性能，提高工件的耐磨损、抗氧化、耐腐蚀等性能，延长工件使用寿命，具有很高的经济价值。磁控溅射技术可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种十分有效的薄膜沉积方法，在工业薄膜制备领域的应用非常广泛。,1.1
2、 磁控溅射简介,JCP-500M3磁控溅射沉积系统,1.1 磁控溅射简介,1.2、磁控溅射的工作原理,磁控溅射镀膜的原理如图 2 所示，溅射靶材处于负高压电位，因此产生的电场方向如图2 中E 所示。溅射靶背面是永磁铁，产生如图中所示的磁场。电场与磁场正交。在两极之间加上电流电压，产生辉光放电现象，产生的电子在电场 E 的作用下，飞向处于阳极位的基片，在途中与氩原子碰撞，使氩原子发生电离产生Ar+和新的电子，Ar+带正电，在电场作用下加速飞往处于负高压的溅射靶，轰击靶材，使靶材发生溅射，被溅射出来的靶原子飞向基片，并最终沉积到基片上形成薄膜。,1.2、磁控溅射的工作原理,Ar原子产生的新电子，称
3、为二次电子。二次电子与初始电子由于同时受到电场力和磁场 B 的洛伦兹力的作用，在靶材附近围绕磁力线做螺旋运动，因此电子的运动轨迹大大加长，从而与氩原子碰撞的几率也大大增加，通过碰撞产生更多的 Ar+轰击靶材，从而大大提高了溅射速率。二次电子在经过多次碰撞后能量逐渐降低，同时逐渐远离靶材，在电场 E 的作用下，沉积到基片上，由于此时电子的能量很低，避免了电子轰击基片使基片的温度升高。,1.2、磁控溅射的工作原理,ILC系列连续式ITO导电玻璃磁控溅射镀膜生产线,磁控溅射的特点,Click here to add your title,2,2.1、 磁控溅射技术的特点,1、可制备成靶材的各种材料均
4、可作为薄膜材料，包括各种金属、半导体、铁磁材料，以及绝缘的氧化物、陶瓷、聚合物等物质；2、磁控溅射可制备多种薄膜，不同功能的薄膜，还可沉积组分混合的混合物、化合物薄膜；3、磁控溅射等离子体阻抗低，从而导致了高放电电流，在约500的电压下放电电流可从1到100（取决于阴极的长度）；4、成膜速率高，沉积速率变化范围可从1nm/s到10nm/s；,2.1、 磁控溅射技术的特点,5、成膜的一致性好，甚至是在数米长的阴极溅射的情况下，仍能保证膜层的一致性；6、基板温升低，受到正交电场和磁场共同作用的电子，在能量基本耗尽时，才沉积到基片上，避免了基片的温度上升；7、溅射出来的粒子能量约为几十电子伏特，成膜
5、较为致密，且薄膜与基片的附着力强，薄膜的牢固度很强；8、尤其适合大面积镀膜，沉积面积大膜层比较均匀。,2.1、 磁控溅射技术的特点,2.1、 磁控溅射技术的特点,磁控溅射镀膜成品展示,2.1、 磁控溅射技术的特点,美国磁控溅射镀膜 太阳膜,影响磁控溅射工艺稳定性的因素,3、影响磁控溅射工艺稳定性的因素,磁控溅射镀膜工艺中的薄膜厚度均匀性、薄膜的成膜质量、溅射速率等方面的问题是实际生产中十分关注的。影响这些工艺稳定性的因素主要有溅射功率、气体压力与氩气纯度、靶与基片的距离、磁场的强度与分布、基片的温度与清洁度等因素。了解并掌握这些因素可以帮助快速找到故障的原因及解决方法。,3、影响磁控溅射工艺稳
6、定性的因素,1、溅射功率的影响 溅射功率的增加会提高膜厚的均匀性、溅射速率，随着溅射功率的增加，等离子体的面积增大，因此膜层的均匀性会提高。功率的增大，能提高氩气的电离度，增大溅射出的靶材原子数量，从而提高了溅射速率。而这些靶原子带有很高的能量淀积到基片上，因此能提高靶材原子与基片的附着力和薄膜的致密度。从而提高了薄膜的成膜质量。但是过高的功率会造成原子带有过高的能量轰击基片，二次电子也相应增多，这都会造成基片温度过高，会降低薄膜成膜质量与溅射速率。,3、影响磁控溅射工艺稳定性的因素,2、靶基距的影响 在靶基距较小时，薄膜质量较高、溅射速率比较高，但膜层均匀性很差。增大靶基距，薄膜质量与溅射速
7、率会减低，膜层均匀性会提高，因此合适的靶基距是保证工艺稳定性的重要因素。,3、影响磁控溅射工艺稳定性的因素,3、气体压力与氩气的影响 在气体压力很低的情况下，可以电离的氩气很少，轰击靶材的Ar+也很少，因此溅射速率很低，甚至可能无法起辉。随着气体压力的增大，氩气的浓度增大，被溅射出的靶材原子在飞向基片的过程中，与这些气体碰撞的几率变大 ，靶材原子的分布变得均匀，从而能提高膜层的均匀性。同时 Ar+密度随着氩气浓度增大而增大，溅射出来的靶原子也会增加，从而增大了溅射速率。但是气体压力过大会降低溅射速率与成膜质量，因为过大的气体压力会增大靶材原子与气体的碰撞次数，靶材原子损失大量能量，使得沉积到基
8、片上的原子的能量过低，从而影响膜层的附着力与致密性。同时过大的气体压力会造成氩离子的平均自由程的降低，与气体分子碰撞的次数过多，也会导致沉积速率的降低。,3、影响磁控溅射工艺稳定性的因素,4、磁场的影响 磁场不均匀会使薄膜的均匀性变差，磁控溅射的基本原理就是通过磁场来延长电子的运动轨迹，尽可能的与氩原子发生碰撞，在磁场强的地方产生的 Ar+离子多 ，轰击出的靶材原子也比较多，基片上膜层就比较厚，反之磁场弱的地方，膜层较薄。显然，磁场的强弱也会影响沉积速率，磁场强沉积速率高，反之，沉积速率低。,3、影响磁控溅射工艺稳定性的因素,5、基片温度与清洁度的影响 合适的基片温度能提高薄膜的附着力与淀积速
9、度，这个需要根据不同的靶材摸索具体的温度。薄膜的成核长大过程很复杂,是一个非平衡过程,包括气相原子的沉积和基底表面吸附原子的再蒸发过程。实际的生长过程总是以一定速率生长,沉积率大于再蒸发率。其他工艺条件不变,在热蒸发镀膜中如果基底温度不断增大,沉积速率是减小的,因为热蒸发镀膜,沉积原子之间以物理吸附为主,随着基底温度增大再蒸发率会不断增大。而在磁控溅射中,气相沉积原子能量很大,磁控溅射原子能量为热蒸发原子能量的10倍到几十倍，有可能在基底表面引起一定的化学键断裂重组,在基底温度逐渐增大的过程中,使化学吸附反应过程加快,由于基底温度仍然在较小范围内不能使化学吸附的原子再蒸发率增大,沉积率大于再蒸
10、发率，从而使沉积速率增大。基片的清洁度对基片与薄膜的附着力的影响很大，因此做好基片与真空腔体的清洁工作十分重要。,磁控溅射的发展及应用前景,4,4、磁控溅射的发展及应用前景,随着工业的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为目前磁控溅射领域新的发展趋势。 高速溅射能够得到大约几个m/min 的高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高工业生产的效率；有可能替代目前对环境有污染的电镀工艺。 当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放电，即是仅用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜形
11、成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积薄膜。,4、磁控溅射的发展及应用前景,磁控溅射技术已经在我国的建材、装饰、光学、防腐蚀、工磨具强化等领域得到比较广泛的应用。利用磁控溅射技术进行光电、光热、磁学、超导、介质、催化等功能薄膜制备是当前研究的热点。 防腐蚀、高硬度薄膜在提高石油机械的性能、寿命等方面能够发挥重要作用,低摩擦系数、润滑、防泥包、催化、光学等功能薄膜应用于石化行业时有望大幅度提高工作效率、产品品质以及环保、安全性等。伴随者新型磁控溅射技术及工艺的发展、应用,石油、化工行业对提高生产效率、环保、安全性等需求的增加,磁控溅射技术对石油化工领域的重要性将不断增大。,观,谢,看,谢,
