磁控溅射镀膜工艺介绍
磁控溅射镀膜技术
暗区的宽度与电子的平均自
由程有关。
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二、溅射镀膜的基本原理
靶材的位置
（一）直流辉光放电：
（4）负辉光区（辉光最强）： 随着电子速度增大，很快获
得了足以引起电离的能量，于是 离开阴极暗区后使大量气体电离， 产生大量的正离子。
正离子移动速度慢，产生积 聚，电位升高；与阴极之间的电 位差成为阴极压降。
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三、磁控溅射
溅射沉积方法有两个缺点:第一，沉积速率较低；第二，溅射所需 的工作气压较高。为了在低气压下进行高速溅射，必须有效的提高气体 的离化率，发展出了磁控溅射技术。 （一）磁控溅射的工作原理：
（一）直流辉光放电：
直流辉光放电是在真空度约1～10Pa的稀薄气体中，两个电极之间 在一定电压下产生的一种气体放电现象。
气体放电时，两电极之间的电压和电流的关系复杂，不能用欧姆定 律描述。
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
由巴邢定律知，在气体成分和电极
材料一定的情况下，起辉电压V只与气 体压强P和电极距离d的乘积有关。
磁控溅射镀膜技术
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二、溅射镀膜的基本原理
溅射镀膜基于高能离子轰击靶材时的溅射效应，整个溅 射过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于 气体放电。
➢ 放电方式： （1）直流溅射——直流辉光放电 （2）射频溅射——射频辉光放电 （3）磁控溅射——环状磁场控制下的辉光放电
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二、溅射镀膜的基本原理
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二、溅射镀膜的基本原理
（一）直流辉光放电：
（2）阴极辉光区：
电子通过阿斯顿暗区后，在
电场的作用下获得了足够的能量，
玻璃磁控溅射镀膜
玻璃磁控溅射镀膜是一种在玻璃表面形成一层或多层金属、金属化合物或其它化合物薄膜的工艺技术。
以下是该工艺的简要介绍：
1. 溅射原理：在磁控溅射镀膜过程中，电子在电场的作用下加速飞向基片，与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子（或分子）沉积在基片上成膜。
2. 磁控技术：二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内。
该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断地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。
3. 镀膜种类：根据不同的应用需求，可以溅射不同的材料，形成各种不同的镀膜。
例如，热反射镀膜可以使玻璃具有遮蔽太阳光的功能；低辐射镀膜可以使玻璃具有保温作用，具有节能效果。
4. 工业应用：玻璃磁控溅射镀膜工艺在建筑、汽车、家居、电子等多个行业都有广泛的应用。
如LOW-E玻璃就是一种典型的磁控溅射镀膜玻璃，它具有保温、隔热、节能等效果。
总的来说，玻璃磁控溅射镀膜工艺通过精确控制薄膜的成分和厚度，赋予了玻璃一系列特殊的性能，极大地拓展了玻璃的应用范围。
如需更多信息，建议查阅磁控溅射镀膜相关论文获取。
磁控溅射镀膜原理及工艺课件
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形 式在靶表面做圆周运动，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正离子来轰击靶材，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。 由于该电子的能量很低，传递给基片的 能量很小，致使基片温升较低。
一般来说：提高电压可以提高离化率。这样 电流会增加，所以会引起阻抗的下降。提高电 压时，阻抗的降低会大幅度地提高电流，即大 幅度提高了功率。如果气体压强不变，溅射源 下的基片的移动速度也是恒定的，那么沉积到 基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功 率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围 内，功率的提高与溅射速率的提高是一种线性 的关系。
磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射 粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰 撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其 他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过 程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足 够动量，离开靶被溅射出来。
基片
e -
E
Ar e -
+ Ar+
e -
+ Ar+ 靶材
V (<0)
三种分类的主要对比如下表：
DC MF RF
电源价格
靶材
便宜
圆靶/矩形靶
一般
平面靶/旋转 靶
昂贵
试验室一般用圆平 面靶
靶材材质要 求 抵御靶中毒 能力 应用 可靠性
导体
无限制
无限制
弱 金属 好
强 金属/化合物 较好
强 工业上不采用此法 较好
2磁控溅射工艺研究
2.1溅射变量
磁控溅射工艺简介PPT演示文稿
2014.6.6
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一、名词解释
尖端放电：
通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负 电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电 离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空 气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。 由于同种电荷相互排斥, 导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来 分布是不均匀的(图2)，导体尖端的电荷特别密集, 所以尖端附近空气中的电 场特别强, 使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击 空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现 象.
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一、名词解释
• Sputter溅镀定义： • 在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中
正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积 于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应面产生 的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV光（紫外光）、可见光……等物质， 而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma）。下图为Sputter溅镀模型（类似打台球模 型）：
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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二、溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
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三、磁控溅射原理解释
磁控溅射镀膜工艺介绍
TCO薄膜的种类及特性
• TCO薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶层，晶粒取向单 一。目前研究较多的是ITO、FTO和AZO。电阻率达 10-4 •cm量级，可见光透射率为80%～90%。 • FTO(SnO2︰F)：电阻率可达5.0×10 -4 •cm，可见光 透过率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ80%。 • ITO(In2O3︰Sn)：电阻率可达7.0×10-5 •cm ，可见光 透过率＞85% 。 • AZO(ZnO︰Al)：电阻率可达1.5×10-4 •cm ，可见光 透过率＞80% 。
反应溅射模拟图
中频孪生反应溅射
反应溅射的特点
反应磁控溅射所用的靶材料（单位素靶或多元素 靶）和反应气体（氧、氮、碳氢化合物等）通常 很容易获得很高的纯度，因而有利于制备高纯度 的化合物薄膜。 反应磁控溅射中调节沉积工艺参数，可以制备化 学配比或非化学配比的化合物薄膜，从而达到通 过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。 反应磁控溅射沉积过程中基板温度一般不会有很 大的升高，而且成膜过程通常也并不要求对基板 进行很高温度的加热，因而对基板材料的限制较 少。 反应磁控溅射适合于制备大面积均匀薄膜，并能 实现对镀膜的大规模工业化生产。
真空的定义：压力低于一个大气压的任何气态空间，采用 真空度来表示真空的高低。 真空单位换算：1大气压≈1.0×105帕=760mmHg（汞柱） =760托 1托=133.3pa=1mmHg 1bar=100kpa 1mbar=100pa 1bar=1000mbar
TCO玻璃 玻璃=Transparent Conductive Oxide 镀有透明导电氧 玻璃 化物的玻璃 TCO材料： 材料： 材料 SnO2:F(FTO fluorine doped tin oxide氟掺杂氧化锡 氟掺杂氧化锡) 氟掺杂氧化锡 ZnO:Al(AZO aluminum doped zinc oxide铝掺杂氧化锌 铝掺杂氧化锌) 铝掺杂氧化锌 In2O3:Sn(ITO indium tin oxide 氧化铟锡 氧化铟锡)
《磁控溅射镀膜技术》课件
要点二
溅射参数与工艺条件
溅射参数和工艺条件对磁控溅射镀膜的沉积速率、膜层质 量、附着力等有着重要影响。主要的溅射参数包括工作气 压、磁场强度、功率密度等，工艺条件包括基材温度、气 体流量和组成等。通过对这些参数的优化和控制，可以获 得具有优异性能的膜层。
磁控溅射镀膜设备
03
与系统
磁控溅射镀膜设备的组成
多元靶材磁控溅射
技术
研究多种材料同时溅射的工艺技 术，实现多元材料的复合镀膜， 拓展镀膜材料的应用范围。
磁控溅射与其他技术的结合应用
磁控溅射与脉冲激光沉积技术结合
01
通过结合两种技术，实现快速、大面积的镀膜，提高生产效率
。
磁控溅射与化学气相沉积技术结合
02
利用化学气相沉积技术在磁控溅射的基础上进一步优化镀膜性
磁控溅射机制
在磁场的作用下，电子的运动轨迹发生偏转，增加与气体分子的碰撞概率，产 生更多的离子和活性粒子，从而提高了溅射效率和沉积速率。
磁控溅射镀膜的工艺流程
要点一
工艺流程概述
磁控溅射镀膜的工艺流程包括前处理、溅射镀膜和后处理 三个阶段。前处理主要是对基材进行清洗和预处理，确保 基材表面的清洁度和粗糙度符合要求；溅射镀膜是整个工 艺的核心部分，通过控制溅射参数和工艺条件，实现膜层 的均匀、致密和附着力强的沉积；后处理主要包括对膜层 的退火、冷却和清洗等处理，以优化膜层性能。
纳米薄膜的制备与应用
总结词
纳米薄膜因其独特的物理和化学性质在许多 领域具有巨大的应用潜力。
详细描述
磁控溅射技术可以用于制备纳米级别的薄膜 ，如纳米复合材料、纳米陶瓷、纳米金属等 ，这些薄膜在催化剂、传感器、电池等领域 有广泛应用。
其他领域的应用研究
磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射的物理基础
磁场控制
通过磁场控制电子的运动轨迹，延长其在工 作气体的停留时间，提高气体离化率。
偏转磁场
电子在磁场中受到洛伦兹力作用，偏转方向 与电场方向相反，从而避免了电子与工作气 体碰撞。
能量传递
高能电子撞击工作气体，使气体分子离化成 离子和电子，离子在电场作用下加速飞向基 片，撞击基片表面的固体原子或分子，使其 溅射出来。
镀膜工艺参数优化
真空度控制
气体流量控制
优化真空室内的真空度，以提高镀膜 质量。
优化工作气体和反应气体的流量，以 获得良好的镀膜效果。
溅射功率调节
根据靶材和镀膜需求，调节溅射功率 ，以获得理想的镀膜层厚度和性能。
04
磁控溅射镀膜的应用
光学薄膜
减反射膜
通过在光学元件表面镀制一层特定厚度的薄膜，减少光的反射，提高透光率。
01
真空室
用于容纳待镀膜的基片和溅射源 ，是整个镀膜系统的核心部分。
02
03
04
控制系统
用于控制镀膜过程中的各项参数 ，如温度、压力、电流等。
磁控溅射源
01
02
03
阴极
通常由靶材制成，接负电 压，在电场的作用下吸引 正离子。
阳极
通常为金属环或平面，接 正电压，与阴极共同形成 放电空间。
磁场
通过磁场控制电子的运动 轨迹，提高离化率和溅射 效率。
真空系统及测量控制系统
真空系统
由真空泵、管道、阀门等组成，用于抽真空，创造适宜的镀 膜环境。
测量控制系统
通过各种传感器和测量仪表，实时监测镀膜过程中的各种参 数，如压力、温度、电流等，确保镀膜过程的稳定性和可重 复性。
03
磁控溅射镀膜工艺介绍
磁控溅射镀膜工艺介绍
磁控溅射镀膜工艺是一种常用的表面涂层技术，也被称为磁控溅射
蒸镀。
其原理是利用高速电子束轰击靶材，使靶材表面的原子脱离，然后沉积在基底材料上，形成一层均匀的薄膜。
磁控溅射镀膜工艺主要包括以下几个步骤：
1. 准备工作：选取合适的靶材和基底材料，并确保其表面清洁和光
洁度达到要求。
2. 真空处理：将工作室内部抽空，使环境达到一定的真空度，以防
止污染和氧化。
3. 靶材激活：通常情况下，靶材需要通过预热和轰击来激活。
预热
可以提高靶材表面的活性，轰击则能够使靶材表面的原子脱离。
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4. 沉积过程：在激活的靶材表面形成原子或分子流，通过准直系统控制沉积的方向和位置，最终将原子或分子沉积在基底材料上，形成一层薄膜。
5. 膜层控制：通过控制溅射功率、气压和沉积时间等参数，可以控制薄膜的成分、厚度和结构，以及表面的光洁度。
6. 薄膜检测：对沉积后的薄膜进行各种测试和检测，以确保其质量和性能符合要求。
磁控溅射镀膜工艺具有很多优点，如沉积速度快、薄膜均匀、沉积材料范围广、能够沉积复杂的多层结构等。
因此，在生产和科研领域都有广泛的应用，如制备光学薄膜、涂层保护和功能改性等。
2。
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磁控溅射镀膜工艺简介
王继2014-9
使chamber 达到真空条件，一
般控制在(2~5)E-5torr
chamber 内通入Ar （氩气），
并启动DC power
Ar 发生电离
Ar Ar+＋e -
在电场作用下，electrons （电
子）会加速飞向anode （阳极）
在电场作用下，Ar+会加速飞
向阴极的t a r g e t （靶材），
target 粒子及二次电子被击出，
前者到达substrate （基片）表
面进行薄膜成长，后者被加速至
阴极途中促成更多的电离。
垂直方向分布的磁力线将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高它参与气体分子碰撞和电离过程的几率的作用。
接地-V(DC )至真空泵
Ar 磁控溅射镀膜－溅射原理
磁控溅射镀膜－磁控阴极
相对蒸发镀，磁控溅射有如下的特点：
膜厚可控性和重复性好
薄膜与基片的附着力强
可以制备绝大多数材料的薄膜，包括合金，化合物等
膜层纯度高，致密
沉积速率低，设备也更复杂
按照电源类型可分为： 直流溅射：
中频溅射：
射频溅射：
不同溅射方式的比较
DC电源RF电源MF电源
可镀膜材料导电材料非导电材料非导电材料靶材形状平面单靶平面单靶孪生靶
频率0 HZ13.65MHZ24KHZ
可靠性好较好较好
磁控溅射镀膜
磁控溅射镀膜
反应溅射
在溅射镀膜时，有意识地将某种反应性气体如氮气，氧气等引入溅射室并达到一定分压，即可以改变或者控制沉积特性，从而获得不同于靶材的新物质薄膜，如各种金属氧化物、氮化物、碳化物及绝缘介质等薄膜。
直流反应溅射存在靶中毒，阳极消失问题，上个世纪80年代出现的直流脉冲或中频孪生溅射，使反应溅射可以大规模的工业应用。
反应溅射模拟图
中频孪生反应溅射
反应溅射的特点
反应磁控溅射所用的靶材料（单位素靶或多元素靶）和反应气体（氧、氮、碳氢化合物等）通常很容易获得很高的纯度，因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。
反应磁控溅射中调节沉积工艺参数，可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜，从而达到通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。
反应磁控溅射沉积过程中基板温度一般不会有很大的升高，而且成膜过程通常也并不要求对基板进行很高温度的加热，因而对基板材料的限制较少。
反应磁控溅射适合于制备大面积均匀薄膜，并能实现对镀膜的大规模工业化生产。
反应溅射的应用
现代工业的发展需要应用到越来越多的化
合物薄膜。
如光学工业中使用的TiO2、SiO2和TaO5等硬质膜。
电子工业中使用的ITO透明导电膜，SiO2、Si2N4和Al2O3等钝化膜、隔离膜、绝缘膜。
建筑玻璃上使用的ZNO、SnO2、TiO2、SiO2等介质膜
真空系统的基本知识
真空的定义：压力低于一个大气压的任何气态空间，采用真空度来表示真空的高低。
真空单位换算：1大气压≈1.0×105帕=760mmHg（汞柱）=760托
1托=133.3pa=1mmHg
1bar=100kpa
1mbar=100pa
1bar=1000mbar
TCO玻璃=Transparent Conductive Oxide 镀有透明导电氧化物的玻璃
TCO材料：
SnO2:F(FTO fluorine doped tin oxide氟掺杂氧化锡)
ZnO:Al(AZO aluminum doped zinc oxide铝掺杂氧化锌) In2O3:Sn(ITO indium tin oxide 氧化铟锡)
TCO薄膜的种类及特性
•TCO薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶层，晶粒取向单一。
目前研究较多的是ITO、FTO和AZO。
电阻率达10-4Ω•cm量级，可见光透射率为80%～90%。
•FTO(SnO2︰F)：电阻率可达5.0×10-4Ω•cm，可见光透过率＞80%。
•ITO(In2O3︰Sn)：电阻率可达7.0×10-5Ω•cm，可见光透过率＞85%。
•AZO(ZnO︰Al)：电阻率可达1.5×10-4Ω•cm，可见光透过率＞80%。
TCO薄膜的制备工艺
•薄膜的性质是由制备工艺决定的，改进制备工艺的努力方向是使制成的薄膜电阻率低、透射率高且表面形貌好，薄膜生长温度低，与基板附着性好，能大面积均匀制膜且制膜成本低。
•主要生产工艺：镀膜过程中有气压、基片温度、靶材功率、镀膜速度；刻蚀过程中有HCl浓度、刻蚀速度、刻蚀温度。
晶粒过大
缺陷增多 基片温度的影响
晶界散射多电阻率升高温度较低
薄膜晶粒小温度过高电阻率下降
温度过高晶粒过大
缺陷增多 沉积时间的影响
电阻率下降
电阻率升高
沉积时间延长薄膜厚度增加
透过率下降
沉积时间过长温度升高晶化率增加电阻率下降
溅射功率的影响
溅射功率增加溅射粒子增加粒子能量增加
溅射功率过高
薄膜致密性增加
膜层与基体粘附力增加溅射粒子能量过大
氩离子能量过大陶瓷靶易开裂
薄膜致密性下降
氩离子过多碰撞增多 氩气气压的影响
薄膜薄、晶化率低薄膜晶化率低氩气气压过低氩离子少溅射原子少氩气气压过高
散射增大
轰击过大 靶基距的影响
薄膜薄、晶化率低
薄膜致密性下降
距离过小加速不够动能过小距离过大部分粒子不能溅射到基片上
谢谢！。