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溅射镀膜技术的前世今生你到底知多少?

从20世纪70年代起,就成为一种重要的薄膜沉积技术的溅射镀膜技术。小伙伴们快快拿起小板凳过来围观吧,溅射镀膜技术等着你来欣赏噢!

溅射镀膜基本介绍
薄膜溅射的物理基础是气体放电,利用气体放电过程中部分气体被分解为可导电的离子与电子(即形成等离子体),用离子轰击靶材表面,靶材的原子被轰击出来的现象称为溅射,溅射产生的原子沉积在基体表面成膜即为溅射镀膜。

磁控溅射原理

在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材,经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,远离靶材,最终沉积在基片上。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片,真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用( E X B drift)使单个电子轨迹呈三维螺旋状,而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓,那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射,多弧镀靶源,离子源,等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向,电压电流大小而已。 磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下,被加速的高能粒子轰击靶材表面,能量交换后,靶材表面的原子脱离原晶格而逸出,转移到基体表面而成膜。 
溅射镀膜技术的发展历程
1852年,溅射现象被“星探”Grove发现。
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1877年,溅射镀膜技术的1.0版,二级溅射技术开始发展起来。

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1963年,美国贝尔实验室和西屋电气公司采用连续溅射装置在集成电路上镀钽膜,开始实现溅射镀膜的产业化。


随后,溅射技术得到了长足的发展,并且出现了2.0版的三级溅射和3.0版的磁控溅射。

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磁控溅射是当今镀膜的主流技术之一,人们仍一直致力于提高磁控溅射技术的效率和应用范围。

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20世纪80年代,溅射镀膜技术的4.0版,磁控溅射离子镀成为“新秀”。

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20世纪90年代,溅射镀膜技术的5.0版,非平衡磁控溅射被开发出来。

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20世纪末,溅射镀膜技术的6.0版,中频交流磁控技术和非对称脉冲溅射技术出现,成功的解决反应磁控溅射制备介质膜技术中存在的靶中毒等问题。
溅射镀膜技术中的王者,磁控溅射技术
磁控溅射技术由于解决了溅射中二次电子率利用率不高产生的沉积速率低,以及由于二次电子轰击基片导致的温升高的两大问题,因而应用十分广泛。

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在阴极靶表面上方形成一个正交电磁场(磁场与电场正交,磁场方向与阴极表面平行),当溅射产生的二次电子被从、加速为高能电子后,并不能直接飞向阳极,而是在正交电磁场的作用下来回震荡,近似于作摆线运动,并不断地与气体分子发生碰撞,把能量传递给气体分子,使之电离,而本身变为低能电子,最终沿磁力线漂移到阴极附件的辅助阳极,进而被吸收,这就避免了高能粒子对基底的强烈轰击,消除了二级溅射中基底被轰击加热和电子辐照引起损伤的根源,体现了磁控溅射中基底“低温”的特点。

因为磁控溅射产生的电子来回震荡,一般要经过上百米的飞行才最终被阳极吸收,远远大于电子的平均自由程,因而电离效率很高,易于放电,磁控溅射的离子电流密度比其他形式的溅射高出一个数量级以上,溅射速率高达100~1000nm/min,体现了磁控溅射“高速”的特点。

磁控溅射技术的应用
磁控溅射镀膜工艺易控,重复性好,被广泛应用于各类薄膜的制备和工业生产。下面以三个实例阐释磁控溅射镀膜技术的应用。

高层建筑外墙广泛采用的幕墙玻璃,即阳光控制膜玻璃,它的基本功能是使阳光中可见光波段通过,而红外线和远红外波段反射。既能满足室内采光的基本需求,又能避免红外部分的热能辐射使得室内升温的弊端。阳光控制膜最简单的膜系一般分为三层,第一层是化合物膜(TiN,Ti(O)N等),可采用反应磁控溅射技术(通入反应性气体,沉积靶材与气氛反应生产的化合物)、射频溅射技术制备;第二层是调整透过率和反射率的金属薄膜(Cr,Cu,Ti,Ag等),一般采用直流磁控溅射技术制备;第三层是保护层(TiO2等),可采用反应磁控溅射技术、射频溅射技术。

透明导电玻璃上的透明导电膜一般是氧化铟锡(ITO)薄膜,大规模生产ITO膜采用的是反应磁控溅射技术。LCD用的ITO玻璃的结构有三层(玻璃/SiO2/ITO), 目前成熟的ITO膜玻璃的镀制技术为:采用SiO2靶,用射频溅射法制备SiO2膜;ITO膜采用缺氧的ITO把,采用通氧反应磁控溅射法制备。


极速赛车免费计划团队转自真空技术与设备网,原创:英子


2018年8月23日 15:41
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