1、超高真空磁控溅射镀膜机 的使用 摘要 真空镀膜技术作为一种产生特定 膜 层 的技术，在现实生产生活中有着广泛的 应 用。真空 镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子 镀。这里主要讲一下由溅射镀膜技术发展来的超高真空磁控溅射镀膜机 的 使用 的 一些注意事项 。 关键词： 真空镀膜 ； 真空度； 磁控溅射镀膜 前言 溅射现象于 1870 年开始用于镀膜技术， 1930 年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如 下 图 。 . 通常将欲沉积的材料制成板材 靶 ， 固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上，距靶 一定距离 。系统抽至高真空后充入 （ 10 1） 帕的气体（
2、通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子 ， 其能量在 1 至几十电子伏范围 内 。溅射原子在基片表面沉积成膜。 其中 磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的成就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜 -基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点 ， 成为镀膜工业应用领域 (特别是建筑镀膜玻璃、透明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对大面积的均匀性有特别苛刻要求的连续镀膜场合 )的首选方案。 1影响镀膜质量的因素 一 般对镀膜的质量方面 的 要求有：厚度、 均匀性、 附着 强 度。 厚度
3、 =沉积率 时间。其中沉积率是指 单位时间内形成 有效 镀层的厚度，一般用 m/h表示。 沉积率的大小 除与 起辉电压 、工作气压 等主要因素有关 外 ，也受其他许多因素的影响。不同蒸发源在相同条件下的沉积率 也 是不同的，所以沉积率是有特定条件约束的， 一般与理论值有 较大 差距， 要通过大量试验来 具体 确定。 镀膜方式 由于镀膜原理的不同可 分为很多种类，仅仅因为都需要高真空度而拥有统一名称。所以对于不同原理的真空镀膜，影响均匀性的因素也不尽相同。并且均匀性这个概念本身也会随着镀膜尺度和薄膜成分而有着不同的意义。 薄膜均匀性的概念： .厚度上的均匀性，也可以理解为粗糙度，在光学薄膜的尺度
4、上看（也就是 1/10波长作为单位，约为 100），真空镀膜的均匀性已经相当好，可以轻松将粗糙度控制在可见光波长的 1/10范围内，也就是说对于薄膜的光学特性来说，真空镀膜没有任何障碍。 但是如果是指原子层尺度上的均匀度，也就是说要实现 10甚至 1的表面平整，是现在真空镀膜中主要的技术含量与技术瓶颈所在 。 .化学组分上的均匀性： 就是说在薄膜中，化合物的原子组分会由于尺度过小而很容易的产生不均匀特性， SiTiO3薄膜，如果镀膜过程不科学，那么实际表面的组分并不是 SiTiO3，而可能是其他的比例，镀的膜并非是想要的膜的化学成分，这也是真空镀膜的技术含量所在。 .晶格有序度的均匀性： 这决
5、 定了薄膜是单晶，多晶，非晶，是真空镀膜技术中的热点问题 。 膜的附着强度主要受膜的应力影响。按膜 应力 产生的原因，可分为热应力和内应力两种。 1.1靶材 靶材 的质量 是 保证镀膜质量的 一个重要 条件， 靶材 应该有相当的纯度和均匀的密度 并在使用时保证洁净 。 如果 靶材 的质量不达标将直接影响镀膜质量。而且通过 试 验获得的 实 验参数也将失去意义，浪费 时间精力。影响生产效率。 1.2基片应与 靶材 平行 因为在与 靶材 不同的距离上金属蒸气的密度、温度情况、磁力强度等镀膜条件是不相同的。如果不平行的话，不仅会使镀膜厚度不均匀，也会使膜所受的应力不一致，有可能导致 开裂、翘曲或脱落
6、 等附着强度问题。 1.3基片 表面应洁净 基片 表面的洁净 与否会直接影响镀膜的 均匀性、 附着强度。严重时还会 使 镀膜 开裂、翘曲或脱落 。 以玻璃基片为例，如果基片清洗效果不达标，表面存有灰尘、油脂或油的薄层，那么就会严重影响镀层的 光学透射率、反射率 、 色调均匀性 等 基本 性质。 1.4真空卫生 真空卫生 首先是腔内气体卫生。即腔内气体应该有足够的纯度和稳定的比例。其次是腔体卫生。腔体应该保持相应的洁净度。不能有灰尘、废金属屑等。由于金属蒸气和气体的部分电离会使腔体附着脏污，应及时清除。否则日积月累会更难以去除。只有保证了真空卫生才能保证镀膜的 质量 。 1.5稳定的真空度 真空
7、区域可划分为五类 ： 粗真空区域 1.103105Pa1.3103Pa(76010)Torr 低真空区域 1.3103Pa1.310-1Pa(1010-3)Torr 高真空区域 1.310-1Pa1.310-6Pa(10-310-8)Torr 超真空区域 1.310-6Pa1.310-12Pa(10-810-14)Torr 极高真空区域 1.310-12Pa ( 10-14)Torr 这种气体的量 的变化也会对各类生产过程产生很大影响。对镀膜过程也不例外。 例如物质在真空中的沸点比在大气中的低，在真空条件下可以降低物质大量蒸发所需的温度，因而在真空镀膜室内镀膜材料可以在较低的温度下大量蒸发。在
8、低真空区域中氧气相应少了，物质被氧化的可能性大大的变小，因而真空镀膜时能 够得到纯度较高的有实用价值的镀膜层。所以稳定的真空度能有效保证 各 实验参数的进行，保证镀膜质量。 1.6稳定的流量 只有稳定的流量才能保持腔内环境的稳定，才能保证维持稳定温度，使 膜所受的热应力均匀稳定，保证膜有效的附着强度。 1.7循环水能及时降温 循环水的有效降温同样是维持实验条件稳定和实验参数进行的有力保障。其主要影响设备 是抽水泵。所以在确定水箱充有足够水的前提下还要确保泵的正常工作。 1.8腔内温度应自然降至室温 从晶核生成开始，在急热急冷下制膜时所产生的膜应力是影响膜附着强度的重要因素。按膜应力产生的原因，
9、可分为热应力和内应力两种。由于金属蒸汽在高温下和基片强制结合在一起，若膜材与基片的热膨胀系数不同，必然导致膜与基片间不能自由伸缩，因而产生热应力。内应力就其产生的原因可分为淀积内应力和附加内应力两种。前者是由于成膜过程中，晶 核在相互合并时膜内所形成的结构缺陷和热效应而引起的。后者是由于膜制成后暴露于大气或是将大气引入镀膜室，膜产生氧化作用而产生的。这里 就是为了避免膜在突然降温和接触大气是受热应力和内应力作用下而开裂、翘曲或脱落，影响镀膜质量。 1.9操作者 镀膜的条件准备和正式镀膜一般需花费较长时间，需要操作者有一定的耐性。尤其是在镀膜正式开始时，由于设备具有一定的不稳定性，会影响甚至改变
10、由试验得来的镀膜条件。其中流量是最容易发生变化的。这种变化会直接影响辉光放电 （此时辉度指示灯一般会闪烁） ，导致气压不稳 ，严重影响镀膜质量。所以要求操作者应当及时观察，保证镀膜过程的稳定进行。 2设备使用养护 2.1升降机 升降机在上升到可以打开密封盖时应及时停止，否则由于制动与惯性作用，长时间使用后可能会导致脱销 ， 造成设备损坏，影响使用。 2.2各种开关、旋（按）钮 各种操作时使用的开关、旋（按）钮在使用完毕后应及时关闭或恢复到初始状态，防止下次使用时突然加电而导致烧坏仪器 。 2.3润滑 轴承等需要润滑的机械部位应该及时使用润滑剂。保证设备的正常使用，延长使用寿命，提高使用效率。
11、3结论 靶材 质量应能足够保证镀膜质量。 基片应与所镀产品的镀膜表面平行 。 产品表面在镀膜前应清洗干净。 真空腔应时常清洁，保持真空环境的卫生 。 稳定的真空度 。 稳定的气体流量 。 循环水能 及时降温（主要是抽水泵能正常工作）。 腔内温度应自然冷却后才可以取出产品。 操作人员应及时通过监视窗口观察真空腔内部工作状况，阳极光线应明亮，若昏暗（ 此时辉度指示灯一般会闪烁 ）应及时查找原因。 升降机在上升到可以打开密封盖时应及时停止 。 各种开关、旋（按）钮 使用完毕后应及时关闭或恢复到初始状态 。 轴承等需要润滑的机械部位应该及时使用润滑剂。 参考文献 1李云奇 .真空镀膜技术与设备设计安装及操作维护实用手册 .化学工业出版社 ， 2006.5. 2真空技术网 . 真空镀膜课外知识 .百度文库 ， 2008.1.25. 3张云涛，彭友才，徐道勇， 浅谈影响镀膜玻璃质量的几个因素 .百度文库 .
