磁控濺射鍍膜原理及工藝

1、1磁控濺射鍍膜原理及工藝摘要：真空鍍膜技術(shù)作為一種產(chǎn)生特定膜層的技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。真空鍍膜技術(shù)有三種形式，即蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。這里主要講一下由濺射鍍膜技術(shù)發(fā)展來(lái)的磁控濺射鍍膜的原理及相應(yīng)工藝的研究。關(guān)鍵詞：濺射；濺射變量；工作氣壓；沉積率。緒論濺射現(xiàn)象于1870年開(kāi)始用于鍍膜技術(shù)，1930年以后由于提高了沉積速率而逐漸用于工業(yè)生產(chǎn)。常用二極濺射設(shè)備如右圖。通常將欲沉積的材料制成板材靶，固定在陰極上。基片置于

2、正對(duì)靶面的陽(yáng)極上，距靶一定距離。系統(tǒng)抽至高真空后充入（10～1）帕的氣體（通常為氬氣），在陰極和陽(yáng)極間加幾千伏電壓，兩極間即產(chǎn)生輝光放電。放電產(chǎn)生的正離子在電場(chǎng)作用下飛向陰極，與靶表面原子碰撞，受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子，其能量在1至幾十電子伏范圍內(nèi)。濺射原子在基片表面沉積成膜。其中磁控濺射可以被認(rèn)為是鍍膜技術(shù)中最突出的成就之一。它以濺射率高、基片溫升低、膜基結(jié)合力好、裝置性能穩(wěn)定、操作控制方便等優(yōu)點(diǎn)，成為鍍膜工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(特

3、別是建筑鍍膜玻璃、透明導(dǎo)電膜玻璃、柔性基材卷繞鍍等對(duì)大面積的均勻性有特別苛刻要求的連續(xù)鍍膜場(chǎng)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(fā)、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(yīng)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(chǎng)E的作用下，在飛向基片過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)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(chǎng)作用下加

4、速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)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(chǎn)生的二次電子會(huì)受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生E（電場(chǎng)）B（磁場(chǎng)）所指的方向漂移，簡(jiǎn)稱EB漂移，其運(yùn)動(dòng)軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場(chǎng)，則電子就以3果氣體壓強(qiáng)不變，濺射源下的基片的移動(dòng)速度也是恒定的，那么沉積到基片上的材料的量則決定于施加在電路上的功率。在VONARDENNE鍍膜產(chǎn)品中所采用的范圍內(nèi)，功率的提高與濺射速率的提高是一種線性

5、的關(guān)系。2.1.2氣體環(huán)境真空系統(tǒng)和工藝氣體系統(tǒng)共同控制著氣體環(huán)境。首先，真空泵將室體抽到一個(gè)高真空（大約為106tr）。然后，由工藝氣體系統(tǒng)（包括壓強(qiáng)和流量控制調(diào)節(jié)器）充入工藝氣體，將氣體壓強(qiáng)降低到大約2103tr。為了確保得到適當(dāng)質(zhì)量的同一膜層，工藝氣體必須使用純度為99.995%的高純氣體。在反應(yīng)濺射中，在反應(yīng)氣體中混合少量的惰性氣體（如氬）可以提高濺射速率。2.1.3氣體壓強(qiáng)將氣體壓強(qiáng)降低到某一點(diǎn)可以提高離子的平均自由程、進(jìn)而使

6、更多的離子具有足夠的能量去撞擊陰極以便將粒子轟擊出來(lái)，也就是提高濺射速率。超過(guò)該點(diǎn)之后，由于參與碰撞的分子過(guò)少則會(huì)導(dǎo)致離化量減少，使得濺射速率發(fā)生下降。如果氣壓過(guò)低，等離子體就會(huì)熄滅同時(shí)濺射停止。提高氣體壓強(qiáng)可以提高離化率，但是也就降低了濺射原子的平均自由程，這也可以降低濺射速率。能夠得到最大沉積速率的氣體壓強(qiáng)范圍非常狹窄。如果進(jìn)行的是反應(yīng)濺射，由于它會(huì)不斷消耗，所以為了維持均勻的沉積速率，必須按照適當(dāng)?shù)乃俣妊a(bǔ)充新的反應(yīng)氣體。2.1.4

7、傳動(dòng)速度玻璃基片在陰極下的移動(dòng)是通過(guò)傳動(dòng)來(lái)進(jìn)行的。降低傳動(dòng)速度使玻璃在陰極范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)的時(shí)間更長(zhǎng)，這樣就可以沉積出更厚的膜層。不過(guò)，為了保證膜層的均勻性，傳動(dòng)速度必須保持恒定。鍍膜區(qū)內(nèi)一般的傳動(dòng)速度范圍為每分鐘0~600英寸（大約為0~15.24米）之間。根據(jù)鍍膜材料、功率、陰極的數(shù)量以及膜層的種類的不同，通常的運(yùn)行范圍是每分鐘90~400（大約為2.286~10.16米）英寸之間。2.1.5距離與速度及附著力為了得到最大的沉積速率并提高

8、膜層的附著力，在保證不會(huì)破壞輝光放電自身的前提下，基片應(yīng)當(dāng)盡可能放置在離陰極最近的地方。濺射粒子和氣體分子（及離子）的平均自由程也會(huì)在其中發(fā)揮作用。當(dāng)增加基片與陰極之間的距離，碰撞的幾率也會(huì)增加，這樣濺射粒子到達(dá)基片時(shí)所具有的能力就會(huì)減少。所以，為了得到最大的沉積速率和最好的附著力，基片必須盡可能地放置在靠近陰極的位置上。2.2系統(tǒng)參數(shù)工藝會(huì)受到很多參數(shù)的影響。其中，一些是可以在工藝運(yùn)行期間改變和控制的；而另外一些則雖然是固定的，但是一