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高分子材料磁控溅射镀膜设备

发布时间:2024-04-02 0:24:20

  1. 真空镀膜常用方法有真空蒸发和离子溅射,分别作用是?
  2. 磁控溅射膜 是什么意思 另外 是不是 金属膜都是采用磁控溅射技术的
  3. 真空磁控溅射技术是?

一、真空镀膜常用方法有真空蒸发和离子溅射,分别作用是?

真空蒸发,顾名思义,就是在真空环境下,通过加热材料使其蒸发,然后蒸发的原子或分子在基底上凝结形成薄膜。这种方法的特点是设备相对简单,操作也比较容易,适合于制备一些热稳定性好的材料薄膜。但它的缺点也很明显,比如蒸发率不容易控制,而且薄膜与基底的结合力一般。

离子溅射。这个方法是用高能离子轰击靶材,将靶材料原子或分子溅射出来,然后这些溅射出的粒子在基底上形成薄膜。离子溅射的优点是可以获得质量更高、更均匀、与基底结合更牢固的薄膜,适用于制备各种材料的薄膜,特别是高熔点材料和合金材料。不过,这种方法的设备比较复杂,成本也较高。

主要区别在于:

设备和成本:真空蒸发设备简单,成本较低;而离子溅射设备复杂,成本较高。

薄膜质量:离子溅射可以制备出更高质量的薄膜,与基底结合更牢固;真空蒸发则在这方面稍逊一筹。

应用范围:离子溅射适用范围更广,特别是对高熔点和难蒸发的材料。

这就是这两种方法的基本情况和它们之间的区别。希望这对你有帮助!

二、磁控溅射膜 是什么意思 另外 是不是 金属膜都是采用磁控溅射技术的

磁控溅射膜是指使用磁控溅射设备制取的膜层,根据所用靶材的不同,膜层成分也就不同,溅射时一般充入氩气,在低真空时氩原子被电离,电离出来的氩离子带正电荷,在电场的作用下轰击作为阴极的靶材,靶材表面上的原子在高能氩离子轰击下脱离靶材表面,在被镀膜的基体上沉积下来,氩气在这个过程中起到轰击的媒体。如在溅射过程中只充入氩气,溅射的靶材是纯金属,膜层也基本上是金属。实际工作中在充入氩气的同时还会根据需要充入其他气体,较多情况的是氧气,所成的膜实际上是一种成分复杂的混合膜,习惯上仍然称之为金属膜。金属膜不全是用磁控溅射制取,其它方式也能获取,只是那些方式制取的膜习惯上冠以那些方式的名称,如化学沉积膜、电镀膜等。

三、真空磁控溅射技术是?

磁控溅射技术:所谓磁控溅射就是利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱,使在e×b的作用下电子紧贴阴极表面飘移。

设置一个与靶面电场正交的磁场,溅射时产生的快电子在正交的电磁场中作近似摆线运动,增加了电子行程,提高了气体的离化率,同时高能量粒子与气体碰撞后失去能量,基体温度较低,在不耐温材料上可以完成镀膜。分类:

1、平面磁控溅射:

平衡平面溅射是最常用的平面靶磁控溅射,磁力线有闭合回路且与阴极平行,即在阴极表面构成一个正交的电磁场环形区域。等离子体被束缚在靶表面距离靶面大约60cm的区域,通常在基片上加负偏压来改善膜与基体的结合能力;

非平衡平面磁控溅射为了将等离子区域扩展,利用磁体摆放方式的调整,可以方便的获得不同的非平衡磁控源。

2、圆柱磁控溅射沉积技术:利用圆柱形磁控阴极实现溅射的技术磁控源是关键部分,阴极在中心位置的叫磁控源;阳极在中心位置的叫反磁控源。

四、特殊溅射沉积技术:以上面几种做基础,为达到某些特殊目的而产生的溅射技术。

1、反应溅射:可分为两类,第一种情况是靶为纯金属、合金或混合物,通入的气体是反应气体,或ar加上一部分反应气体;第二种情况是靶为化合物,在纯氩气气氛中溅射产生分解,使膜内缺少一种或多种靶成分,在溅射时需要补充反应气体以补偿损失的成分。常用的反应气体有氧、氮、氧+氮(空气)、乙炔、甲烷等。

1)反应过程,反应发生在表面--靶或基体上,活性气体也可以形成活性基团,溅射原子与活性基团碰撞也会形成化合物沉积在基体上。

当通入的反应气体压强很低,或靶的溅射产额很高时化合物的合成发生在基体上,而且化合物的成分取决于溅射粒子和反应气体到达基体的相对速度,这种条件下,靶面的化学反应消失或者是化合物分解的速度远大于合成的速度;当气体压强继续升高,或溅射产额降低时化合反应达到某个域值,此后在靶上的化学合成速度大于逸出速度,认为化合物在靶面进行。

2)反应溅射参数与生成物性能的关系:在纯ar状态下溅射沉积的时纯铝膜,当氮气被引入真空室后,靶面发生变化,随氮气的量不断上升,填充因子下降,膜内aln含量上升,膜的介质性提高,方块电阻增加,当氮气达到某一值时,沉积膜就是纯的aln。同时电流不变的条件下,电压下降,沉积速率降低。

根据膜的导电性的高低可定性的将反应溅射过程分为两种模式--金属模式和化合物模式,介乎两者之间是过渡区。一般认为膜的方块电阻在1000之下是金属模式,大于几m为化合物模式。

由于反应气体量的增加,靶面上会形成一层化合物,薄膜成分变化的同时沉积速率下降当气体量按原来增加量减少时,放电曲线及沉积速率都出现滞后现象。

直流反应溅射出现的问题:

1)靶的污染:靶表面形成了非导电的化合物或者导电很差的化合物之后,除了放电电压及沉积速率变化之外,还会因为靶面状况的动态变化引起膜成分及结构的变化;

2)阳极消失:当阳极上化合物沉积到一定厚度时就中断了电荷传导的通路,造成电荷不断积累,最终阳极失去作用,辉光放电不稳定,沉积的膜层性能不一致。因此经常清理阳极是必要的;

3)极间打火:随阴阳极覆盖化合物,导电性能变差或丧失使电子积累。若要维持辉光放电,必须提高外加电压,结果造成阴极表面化合物的击穿,形成弧光放电。严重的影响溅射过程的稳定性,并造成膜的缺陷。最有效的解决方法是改变放电模式,采用交流及脉冲溅射。

2、中频溅射及脉冲溅射:在靶上加一个交变电压,当工作在负电压阶段时,靶被溅射;工作在正电压阶段时,中和靶面积累的正电荷,这就是交流溅射技术。电压波形是非对称的矩形波的溅射方法称为脉冲溅射;电压波形是对称的方波或正弦波称交流溅射。在一个给定电场强度下,频率越高,溅射产额越低。实验发现在频率为60khz、80khz、500khz和13.5mhz时的溅射产额分别为直流溅射时的100%、85%、70%和55%,通常取10--80khz。因此也称交流溅射为中频溅射。

中频溅射常用于孪生靶,也叫对靶是近乎完全相同的两个靶相对而立,各自与电源的两个极相连,并与真空室处于悬浮状态。在溅射过程中,两个靶周期性的交替作为阴极和阳极处于低电位的靶吸引正离子产生溅射,处于高电位的另一个靶吸引电子中和靶面积累的正离子,抑制了溅射时的打火现象,同时消除了“阳极消失”现象。中频孪生靶溅射技术有以下特点:

1)有高的沉积速率。中频溅射时靶功率密度是直流时的三倍情况下可以得到十倍的沉积速率;

2)膜内缺陷低。由于消除了打火现象膜内缺陷比直流溅射时低几个数量级;

3)膜内应力低,与基体结合力强。由于中频溅射时到达基体的原子能量高于直流溅射,因此沉积时基体温升高,形成的膜较致密;

4)连接简单。中频溅射时电源与靶的连接比射频(13.56mhz)溅射容易,后者需要复杂的阻抗匹配。

脉冲磁控溅射是采用脉冲电源或者直流电源与脉冲生成装置配合,输出脉冲电流驱动磁控溅射沉积。一般使用矩形波电压,既容易获得又有利于研究溅射放电等离子体的变化过程。工作模式与中频溅射。

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