实验名称磁控溅射制备金属薄膜

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1、实验名称：磁控溅射制备金属薄膜一、实验目的1.了解磁控溅射镀膜的基本原理；2.了解磁控溅射镀膜设备的操作方法；3.熟悉磁控溅射镀膜的工艺；4.了解金属薄膜制备及应用。二、实验原理磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控溅射的工作原理如图，电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出An■和新的电子（二次电子）；新电子飞向基片,Ar+在电场作用下加速飞向阴极

2、靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）XB（磁场）所指的方向漂移，简称EXB漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做關周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量

3、很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。图1工作原理图廉射靶磁控溅射是一种常用的成膜方法，主要特点是：1、可以在低温下实现薄膜的沉积；2、膜厚可控性和重复性好：3、薄膜与基片的附着力强；4、膜层纯度高；5、可以制备特殊材料的薄膜，可溅射几乎所有的无机固体材料，不受熔点的限制；6、使用不同材料同时溅射或者采用反应溅射方法可以制备组分均匀的混合膜、化合膜。缺点：成膜速度比蒸发镀膜低、基片温升高、易受杂质气体影响、装置结构复杂。按照电压信号及是否通反应气体分类，磁控溅射可分为以下三类：1.直流溅射：溅射导电性良好

4、的材料，如金属。2.射频溅射：溅射导电性能较差的材料，如氧化物或有机物等。射频放电可在5〜30MHz频率范围内进行。为避免对通信的干扰，工业用频率13.56MHz3.反应溅射：在溅射过程中，通过引入其它气体（如氧气、氮气等），实现靶材物质与气体之间化学反应，制备所需的薄膜。如射频溅射ZnO的过程中，通入氧气，使氧气与可能出现的Zn原子发生反应，形成ZnO,以提高ZnO薄膜的纯度。三、实验仪器及材料1、仪器：DE-500型多功能真空镀膜机设备照片：预良.交审DETECHNOLOGY2DE-500设备照片主要技术指标

5、：该系统有两个真空腔室，采用机械手送样，换样时不破坏主真空室真空；配置3个2英、r强磁靶枪和1个热蒸发源，可实现磁控溅射镀膜和热蒸发镀膜；配备两台500W直流电源，一台300W射频电源；热蒸发最高温度可到达1500摄氏度;样品室退火温度可达1000摄氏度;主真空室的极限真空可达到5*10-8Torr，预真空室的真空度可达到6*10-6Torr；整机采用计算机+PLC全自动控制方式，实现智能化操作。2、实验基片：玻璃片3、实验靶材：A1靶四、实验步骤1.棊片淸洗：丙酮、去离子水超声淸洗，检查基片表面是否清洁，达到要

6、求后采用酒精脱水，烘干。2.安装基片：将清洗好的基片安装到基片架上。3.开压缩空气、幵冷却水、开气瓶。检查压缩空气及气瓶是否在合适压力（压缩空气：＞0.6MPa；氮气：40-50psi；竄气：5-8psi）。检査冷却水温度是否在20±2°C范围内。4.设备启动：依次打开总电源及各控制单元开关；启动计算机。5.自动抽真空：主真空室自动抽真空；预真空室自动抽真空。6.自动送样：点击软件右侧“预真空室自动充气”程序，待压力升至8E+2Torr后打开预真空室盖，装入样品；进入“送样控制”界面，对样品台和送样杆位置进行初始

7、化；预真空室自动抽真空（参考实验步骤第5点）；待主真空室和预真空室压力接近时，点击软件右侧“自动送样”程序，“自动送样”程序元全结束后会有提示。7.工艺操作：确认系统真空度低于5*10_7Torr;进入“送样控制”界面，输入样品旋转速率（5rpm）,点击“旋转”；设计工艺K方（60W，8mTorr,500s）;调入相对应程序，点击“启动”开始镀膜。8.自动取样：查看信息栏，确定样品镀制完毕，并确保基片温度低于80摄氏度；点击“自动取样”按钮，待自动取样结束；9.取出样品：自动取样结朿后，关闭预真空室抽气系统，待分

8、子泵转速降至0后进行预真空室充气，待压力升至8E+2Toir后打开预真空室盖，取出样品；点击软件右侧“预真空室自动抽真空”程序，使预真空室保持真空状态。10.关闭系统：分别关上各真空室高阀；关闭分子泵；待分子泵转速降为0后，依次关闭各真空阀门和机械泵，关闭计算机；关闭所有电源开关；关闭总电源开关；关闭气瓶主阀门；关闭冷却水电源；关闭压缩空气电源。五、注意事项1.严格按照操