磁控溅射技术及其应用课件.ppt

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1、磁控溅射技术及其应用演讲：***2015年10月21日目录1234磁控溅射镀膜技术简介磁控溅射镀膜技术原理磁控溅射镀膜技术发展磁控溅射镀膜技术应用一、磁控溅射镀膜技术简介1842年格洛夫（Grove）在研究电子管阴极腐蚀问题时，发现阴极材料迁移到真空管壁上来了，进而发现了阴极溅射现象。直到1877年才真正应用于研究的溅射设备上。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不清状态。到了20世纪中期，阴极溅射技术发展也相当缓慢，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中，采用溅射技术。1、阴极溅

2、射技术发现与进展一、磁控溅射镀膜技术简介在1970年出现了磁控溅射技术随后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。最近15年来，磁控溅射技术得到了飞速发展，并出现了一系列新的溅射技术如:平衡磁控溅射技术、非平衡磁控溅射技术、多靶非平衡磁控溅射技术、反应磁控溅射技术、中频磁控溅射技术、脉冲磁控溅射技术。随着工业薄膜制备的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射技术如高速溅射、自溅射等成为目前磁控溅射领域新的发展趋势。2、磁控溅射技术出现与进展二、磁控溅射镀膜技术原理直流二级溅射镀膜就是利用低气压辉光放电产生的氩气正离子在电场作用下

3、高速轰击阴极靶材,把靶材中的原子或分子等粒子溅射出而沉积到基片或者工件表面,形成所需的薄膜层。但是溅射镀膜过程中溅射出的粒子的能量很低,导致成膜速率不高。1、直流二级溅射二、磁控溅射镀膜技术原理磁控溅射技术是为了提高成膜速率在直流二级溅射镀膜基础上发展起来的,在靶材表面建立与电场正交的磁场,氩气电离率从0.3%～0.5%提高到了5%～6%,解决了溅射镀膜沉积速率低的问题,是目前工业上精密镀膜的主要方法之一。磁控溅射阴极靶材的原料很广,几乎所有金属、合金以及陶瓷材料都可以制备成靶材。磁控溅射镀膜在相互垂直的磁场和电场的双重作用下,沉积速度快,膜层

4、致密且与基片附着性好,非常适合于大批量且高效率的工业化生产。2、磁控溅射技术二、磁控溅射镀膜技术原理磁控溅射的工作原理是在辉光放电的两极之间引入磁场，电子受电场加速作用的同时受到磁场的束缚作用，运动轨迹成摆线，增加了电子和带电粒子以及气体分子相碰撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，而氩离子在高压电场加速作用下，与靶材撞击并释放能量，使靶材表面的靶原子逸出靶材飞向基板，并沉积在基板上形成薄膜。2、磁控溅射技术二、磁控溅射镀膜技术原理2、磁控溅射技术三、磁控溅射镀膜技术发展平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强

5、度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。优点：降低溅射过程中的气体压力提高溅射的效率和沉积速率缺点：不适用于较大的工件和装炉量易生成多孔粗糙柱状结构薄膜1、平衡磁控溅射技术三、磁控溅射镀膜技术发展非平衡磁控溅射技术部分解决了平衡磁控溅射的不足,使阳极基片沉浸在等离子体中,减少了粒子移动的距离。“非平衡”是对溅射靶表面磁场分布而言，有两种结构，一种是边缘强一种是中部强。这样溅射出来的原子和粒子沉积在基体表面形成薄膜，且等离子体以一定的能量轰击基体，起到辅助沉积的作用，大大地改善了膜层的质量2、非平衡磁控溅射技术三、磁控

6、溅射镀膜技术发展单独的非平衡磁控靶在基片上很难沉积出均匀的薄膜层，多靶非平衡磁控溅射镀膜系统,弥补了单靶非平衡磁控溅射的不足。多靶非平衡磁控溅射系统根据磁场的分布方式可以分为相邻磁极相反的闭合磁场非平衡磁控溅射和相邻磁极相同的镜像磁场非平衡磁控溅射。2、非平衡磁控溅射技术三、磁控溅射镀膜技术发展随着表面工程技术的发展,越来越多地用到各种化合物薄膜材料。可以直接使用化合物材料制作的靶材通过溅射来制备化合物薄膜,也可在溅射金属或合金靶材时,通入一定的反应气体,通过发生化学反应制备化合物薄膜,后者被称为反应磁控溅射。一般来说纯金属作为靶材和气体反应较

7、容易得到高质量的化合物薄膜,因而大多数化合物薄膜是用纯金属为靶材的反应溅磁控射来制备的。在沉积介电材料或绝缘材料化合物薄膜的反应磁控溅射时，容易出现迟滞现象。3、反应磁控溅射技术三、磁控溅射镀膜技术原理溅射沉积室中的反应气体流量较低时（A-B）此时沉积膜基本上属金属态，此时的溅射状态为金属模式。反应气体的流量稍微增加（B-C）溅射速率会发生大幅度的下降，此时的溅射状态为过渡模式。反应气体流量再进一步增加，沉积速率的变化不大沉积膜呈现为化合物膜，此时的溅射状态为反应模式。逐渐减小反应气体流量（D-E），溅射速率不会由C立刻回升到B，而呈现缓慢回升

8、的状态，直到减小到某个数值E，才会出现突然上升到金属模式溅射状态时的数值，形成闭合的迟滞回线。3、反应磁控溅射技术--迟滞现象三、磁控溅射镀膜技术发展