非平衡磁控溅射的磁场有边缘强,也有中部强,导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不只有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得,也有由两组电磁线圈产生,或采用电磁线圈与永磁体混合结构,还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管,用来改变阴极和基体之间的磁场,并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。非平衡磁控溅射系统有两种结构,一种是其芯部磁场强度比外环高,磁力线没有闭合,被引向真空室壁,基体表面的等离子体密度低,因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度,磁力线没有完全形成闭合回路,部分外环的磁力线延伸到基体表面,使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域,同时再与中性粒子发生碰撞电离,等离子体不再被完全限制在靶材表面区域,而是能够到达基体表面,进一步增加镀膜区域的离子浓度,使衬底离子束流密度提高,通常可达5mA/cm2以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源,基体离子束流密度与靶材电流密度成正比,靶材电流密度提高,沉积速率提高,同时基体离子束流密度提高,对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。磁控溅射的优点:基板低温性。海南多层磁控溅射特点
PVD技术常用的方法:PVD基本方法:真空蒸发、溅射、离子镀,以下介绍几种常用的方法。电子束蒸发:电子束蒸发是利用聚焦成束的电子束来加热蒸发源,使其蒸发并沉积在基片表面而形成薄膜。特征:真空环境;蒸发源材料需加热熔化;基底材料也在较高温度中;用磁场控制蒸发的气体,从而控制生成镀膜的厚度。溅射沉积:溅射是与气体辉光放电相联系的一种薄膜沉积技术。溅射的方法很多,有直流溅射、RF溅射和反应溅射等,而用得较多的是磁控溅射、中频溅射、直流溅射、RF溅射和离子束溅射。河北脉冲磁控溅射设备磁控溅射可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。
磁控溅射镀膜常见领域应用:磁控溅射方法可用于制备多种材料,如金属、半导体、绝缘子等.它具有设备简单、易于控制、涂覆面积大、附着力强等优点.磁控溅射发展至今,除了上述一般溅射方法的优点外,还实现了高速、低温、低损伤。1、各种功能薄膜:如具有吸收、透射、反射、折射、偏振等功能。例如,在低温下沉积氮化硅减反射膜以提高太阳能电池的光电转换效率。2、微电子:可作为非热镀膜技术,主要用于化学气相沉积。3、装饰领域的应用:如各种全反射膜和半透明膜;比如手机壳、鼠标等。4、一些不适合化学气相沉积的材料可以通过磁控溅射沉积,这种方法可以获得均匀的大面积薄膜。5、机械工业:如表面功能膜、超硬膜、自润滑膜等。这些膜能有效提高表面硬度、复合韧性、耐磨性和高温化学稳定性,从而大幅度提高产品的使用寿命。6、光领域:闭场非平衡磁控溅射技术也已应用于光学薄膜、低辐射玻璃和透明导电玻璃,特别是,透明导电玻璃普遍应用于平板显示器件、太阳能电池、微波和射频屏蔽器件和器件、传感器等。
交流磁控溅射和直流溅射的区别:交流磁控溅射和直流溅射相比交流磁控溅射采用交流电源代替直流电源,解决了靶面的异常放电现象。交流溅射时,靶对真空室壁不是恒定的负电压,而是周期一定的交流脉冲电压。设脉冲电压的周期为T,在负脉冲T—△T时间间隔内,靶面处于放电状态,这一阶段和直流磁控溅射相似;靶面上的绝缘层不断积累正电荷,绝缘层上的场强逐步增大;当场强增大至一定限度后靶电位骤降为零甚至反向,即靶电位处于正脉冲△T阶段。在△T时间内,放电等离子体中的负电荷─电子向靶面迁移并中和了绝缘层表面所带的正电荷,使绝缘层内场强恢复为零,从而消除了靶面异常放电的可能性。磁控溅射的优点:基板有低温性。相对于二级溅射和热蒸发来说,磁控溅射加热少。
高能脉冲磁控溅射技术介绍及特点:高能脉冲磁控溅射技术是利用较高的脉冲峰值功率和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术。力学所引进德国电源,与等离子体淹没离子注入沉积方法相结合,形成一种新颖的成膜过程与质量调控技术,是可应用于大型矩形靶的离化率可控磁控溅射新技术,填补了国内在该方向的研究空白。将高能冲击磁控溅射与高压脉冲偏压技术复合,利用其高离化率和淹没性的特点,通过成膜过程中入射粒子能量与分布的有效操控,实现高膜基结合力、高质量、高均匀性薄膜的制备。同时结合全新的粒子能量与成膜过程反馈控制系统,开展高离化率等离子体发生、等离子体的时空演变及荷能粒子成膜物理过程控制等方面的研究与工程应用。其中心技术具有自主知识产权,已申请相关发明专利两项。该项技术对实现PVD沉积关键瓶颈问题的突破具有重大意义,有助于提升我国在表面工程加工领域的国际竞争力。如在交通领域,该技术用于汽车发动机三部件,可降低摩擦25%,减少油耗3%;机械加工领域,沉积先进镀层可使刀具寿命提高2~10倍,加工速度提高30-70%。真空磁控溅射镀膜这种工艺可以沉积任何氧化物、碳化物以及氮化物材料的薄膜。浙江脉冲磁控溅射镀膜
能够控制镀层的厚度,同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小。海南多层磁控溅射特点
高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片,导致沉积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上,引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70%需要从阴极冷却水中带走,薄膜的较大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环,还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%~30%,因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。海南多层磁控溅射特点
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