磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展-郭聪
磁控溅射的原理及应用
磁控溅射的原理及应用1. 什么是磁控溅射磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，通过利用磁场将材料原子或离子从靶材表面释放出来，形成一个薄膜层，沉积在基底表面上的一种方法。
这种方法可以在真空环境中进行，可以用于各种材料包括金属、合金、氧化物等。
2. 磁控溅射的原理磁控溅射的原理基于带电粒子在磁场中的运动规律。
溅射系统通常由一个靶材和一个基底组成，它们被放置在真空室中。
磁控溅射的过程包括以下几个步骤：1.靶材表面被离子轰击，其中的原子或离子被释放出来。
2.磁场控制离子在真空室中的运动轨迹。
3.基底表面上的原子或离子吸附并形成一个薄膜层。
这个过程中，磁场是十分重要的。
磁场会引导离子沿着特定的轨迹运动，使得离子沉积在基底的特定位置上。
磁场还可以控制离子的能量和方向，从而影响薄膜的性质和微结构。
3. 磁控溅射的应用磁控溅射是一种多功能的薄膜沉积技术，广泛应用于各种领域。
3.1 表面涂层磁控溅射可以用于向基底表面沉积各种薄膜层。
这些薄膜层可以具有不同的功能，如防腐、耐磨、导电等。
它们可以用于改善材料的性能和外观。
3.2 光学薄膜磁控溅射可以制备高质量的光学薄膜。
这些薄膜可以应用于光学器件，如镜片、滤光片、反射镜等。
因为磁控溅射是在真空环境中进行的，所以这些光学薄膜可以具有良好的光学性能。
3.3 金属薄膜磁控溅射可以制备金属薄膜。
这些薄膜可以具有高导电性和优良的机械性能，可用于电子器件、导电材料等领域。
3.4 磁性材料磁控溅射还可以制备磁性材料薄膜。
这些薄膜可以具有特定的磁性性能，如高矫顽力、高饱和磁感应强度等。
它们可以应用于磁存储器件、传感器等领域。
4. 总结磁控溅射是一种重要的薄膜沉积技术，通过利用磁场控制离子运动和沉积位置，可以制备各种功能薄膜。
它在表面涂层、光学薄膜、金属薄膜和磁性材料等领域有着广泛的应用。
磁控溅射技术的发展，为材料科学和工程领域提供了新的可能性，为各种应用提供了高性能的薄膜材料。
磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响
磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响一、磁控溅射镀膜技术概述磁控溅射技术，作为一种先进的物理气相沉积技术，广泛应用于薄膜制备领域。
该技术通过在高真空环境中，利用磁场和电场的共同作用，使得靶材表面产生等离子体，靶材原子或分子被激发并溅射出来，随后沉积在基底上形成薄膜。
磁控溅射技术因其高沉积速率、良好的膜厚均匀性、较低的沉积温度以及能够制备高纯度薄膜等优点，被广泛用于制备各种高性能薄膜材料。
1.1 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术的核心原理是利用磁场对等离子体中的电子进行约束，形成所谓的“磁镜效应”，使得电子在靶材表面附近形成高密度区域，从而提高溅射效率。
在溅射过程中，靶材原子或分子被等离子体中的离子撞击而逸出，并在电场的作用下飞向基底，沉积形成薄膜。
1.2 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术在多个领域有着广泛的应用，包括但不限于：- 光学薄膜：用于制射镜、增透膜、滤光片等。
- 电子器件：用于制备半导体器件中的绝缘层、导电层等。
- 装饰镀膜：用于制备各种装饰性金属膜。
- 耐磨镀膜：用于提高材料表面的硬度和耐磨性。
二、磁控溅射镀膜工艺参数磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜的性能有着决定性的影响。
这些参数包括溅射功率、溅射气压、溅射气体种类、溅射时间、基底温度等。
通过精确控制这些参数，可以优化薄膜的物理、化学和机械性能。
2.1 溅射功率对薄膜性能的影响溅射功率是影响薄膜性能的关键因素之一。
溅射功率越高，靶材表面的等离子体密度越大，溅射速率也越高。
然而，过高的溅射功率可能导致薄膜内部产生较多的缺陷，如气泡、晶格畸变等，从而影响薄膜的性能。
因此，选择合适的溅射功率对于获得高质量的薄膜至关重要。
2.2 溅射气压对薄膜性能的影响溅射气压同样对薄膜性能有着显著的影响。
较低的溅射气压有利于提高薄膜的致密性，减少薄膜内部的孔隙率，但过低的气压可能导致薄膜生长过程中的原子迁移率降低，影响薄膜的均匀性。
相反，较高的溅射气压可以增加薄膜的沉积速率，但可能会降低薄膜的致密性。
磁控溅射技术的原理及应用
磁控溅射技术的原理及应用1. 磁控溅射技术简介磁控溅射技术是一种常用的薄膜沉积技术，通过将金属靶材溅射生成粒子或原子，在表面形成均匀且致密的薄膜覆盖层。
磁控溅射技术具有高效、环保、可控厚度等特点，广泛应用于材料科学、半导体制造、光学镀膜等领域。
2. 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术基于电离溅射原理，通过磁场控制靶材离子的行为，使其垂直击打到靶材表面，从而产生溅射现象。
主要的原理包括以下几个方面：•靶材电离：在磁控溅射设备中，将靶材通电，使其产生离子。
电离的方式包括直流电离、射频电离等，通过电离可使靶材中的金属原子或粒子脱离束缚并形成等离子体。
•磁场控制：通过磁铁或电磁铁产生磁场，使得等离子体中的离子在磁场的作用下呈现螺旋轨道运动。
磁场对离子运动的控制可改变其飞行路径，使其垂直击打到靶材表面，并增加溅射效率。
•沉积膜形成：靶材表面被离子击打后，产生大量的金属原子或粒子，它们在靶材表面扩散并沉积形成均匀的薄膜。
溅射过程中的离子能量、离子束流密度等参数的调控可以影响薄膜的组成、结构和性能。
3. 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术具有广泛的应用领域和潜力，主要包括以下几个方面：3.1 材料科学•薄膜制备：磁控溅射技术可以制备各种材料的薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
这些薄膜具有良好的致密性和附着力，在材料科学领域中起着重要作用。
•合金制备：通过磁控溅射技术，可以将两种或多种材料溅射在一起，制备出各种复合材料或合金。
这些合金具有独特的力学、电磁等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
3.2 半导体制造•集成电路制备：磁控溅射技术可以制备半导体材料的薄膜，作为集成电路的关键材料。
薄膜的制备过程中可以调控其成分和结构，从而改变其电学、光学等性能，满足集成电路的需求。
•光罩制备：在半导体工艺中，磁控溅射技术还可以制备光罩。
光罩是半导体制造中的重要工艺设备，用于制作集成电路的图案，对半导体工艺的精度和稳定性要求非常高。
射频磁控溅射法制备ZnO薄膜
ZnO薄膜的XRD图 薄膜的XRD 图2 ZnO薄膜的XRD图
XRD图显示： 图显示： 图显示
（1）样品均出现了2θ≈34.75°的较强的(002)衍射峰，说明薄 膜具有垂直于基片平面较好的c轴择优取向 （2）2、3、 4号样品中出现了2θ≈72.5°的微弱的(004)衍射 峰，在4号样品中出现了2θ≈32.2°的微弱的(100)衍射峰，其 中(004)峰为(002)晶面的次级衍射峰。 （3）在衬底温度从RT升至250℃的过程中，(002)衍射峰相对 强度随衬底温度升高而增加，薄膜c轴择优取向变好，而当温 度超过250℃以后，(002)峰相对强度变小。
所谓磁控溅射就是在二极溅射的基础上附加一个磁场利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量以金属靶材为阴极阳极接地也可以是正电位两极间通入工作气体在此以氩气ar为工作气体当两极间施加高压时电极间的ar发生电离电离产生的电子向阳极作加速运动而ar向阴极作加速运动撞击阴极靶材
二、ZnO薄膜的应用 ZnO薄膜的应用
光电显示领域中的透明电极 太阳能光电转换领域中的异质结 各种压电、压光、 各种压电、压光、电声与声光器件
气敏元件
三、ZnO薄膜的研究进展 薄膜的研究进展
Hang Ju Ko等人利用分子束外延(MBE)方法制备了高 质量的ZnO薄膜；Zhang等人利用分子束外延方法在Al2O3 上制备了 ZnO的发光二极管；Su等人利用等离子体协助分 子束外延(P-MBE)方法制备了ZnO/ZnMgO 单量子阱，结合 理论计算所得在导带和价带中的第一亚带能量分别是 49meV和11meV；Chang等人利用分子束外延生长n-ZnO， 而利用金属有机化学气相沉积p-GaN，发现 n-ZnO/p-GaN 异质结具有发光二极管特性；Gangil等人利用等离子增强的 MOCVD在Al2O3上制备出了N掺杂p型ZnO薄膜，载流子浓 度范围为1013 ~ 1015 cm-3，电阻率为10-1 ~
微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜
在现代技术中，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项重要的工艺。
这种技术以其高质量、均匀性和良好的薄膜结构而广泛应用于各种工业领域。
本文将就微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜这一主题展开讨论，并深入探究其工艺原理、应用前景和发展趋势。
一、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理微波ECR磁控溅射是一种利用微波功率和磁场共同作用、通过控制溅射材料并将其沉积在衬底上形成薄膜的工艺。
在制备Al2O3薄膜时，首先需要将铝靶材置于真空腔内，然后在腔内加入氧气，并通过微波ECR磁场加热氧气，使其成为等离子体状态。
这样，铝靶材上的铝原子将被氧等离子体击中，产生氧化反应，从而在衬底上形成Al2O3薄膜。
二、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的应用前景由于微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜具有高质量、均匀性和良好的薄膜结构，因此在各种工业领域都有广泛的应用前景。
Al2O3薄膜可以用于制备电子器件、光学薄膜、陶瓷材料等，为这些领域的发展提供了重要的技术支持。
Al2O3薄膜还可以在生物医学、能源存储等领域发挥重要作用，有望为这些领域的技术发展带来新的突破。
三、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的发展趋势随着科学技术的不断进步，微波ECR磁控溅射技术也在不断发展和完善。
未来，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺将更加智能化和自动化，可以实现对薄膜厚度、成分和结构的精确控制。
随着对新型材料和新工艺的不断探索，微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜也将不断拓展新的应用领域，为人类社会的发展做出更大的贡献。
总结回顾：微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项具有重要意义的工艺技术，其在各种工业领域都有着广泛的应用前景。
通过深入探讨微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理、应用前景和发展趋势，我们对这一主题有了更全面、深刻和灵活的理解。
在未来的研究和应用中，我们可以更好地利用这一技术，推动科技的不断进步。
磁控溅射技术进展及应用
摘要：近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。
随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。
本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。
关键词：磁控管溅射率非平衡磁控溅射闭合场非平衡磁控溅射自溅射引言磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法,被普遍和成功地应用于许多方面1～8,特别是在微电子、光学薄膜和材料表面处理领域中,用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。
1852年Grove首次描述溅射这种物理现象,20世纪40年代溅射技术作为一种沉积镀膜方法开始得到应用和发展。
60年代后随着半导体工业的迅速崛起,这种技术在集成电路生产工艺中,用于沉积集成电路中晶体管的金属电极层,才真正得以普及和广泛的应用。
磁控溅射技术出现和发展,以及80年代用于制作CD的反射层之后,磁控溅射技术应用的领域得到极大地扩展,逐步成为制造许多产品的一种常用手段,并在最近十几年,发展出一系列新的溅射技术。
一、磁控溅射镀膜原理及其特点1.1、磁控溅射沉积镀膜机理磁控溅射系统是在基本的二极溅射系统发展而来,解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。
磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000Gauss强力磁铁,真空室充入011～10Pa压力的惰性气体(Ar),作为气体放电的载体。
在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子,产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中,受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,电子以摆线的方式沿着靶表面前进,在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞,电离出大量的Ar+离子,与没有磁控管的结构的溅射相比,离化率迅速增加10～100倍,因此该区域内等离子体密度很高。
磁控溅射镀膜技术1
放电气体压力P与电极之间距离d的乘积p.d对 辉光放电压U的影响，相对应的曲线称巴刑曲线， 该曲线所展示的规律称巴刑定律
V(BREAKDOWN)(volts)
.DISTANCE(Torr-cm)
• 溅射镀膜中放电气体压力通常选P=1x10-2 至5x10-4Torr，工作点选在左半支曲线， 对于相邻的相互绝缘的两个导体，要求 有足够高的耐击穿电压U，相互之间距离 不宜太大，d=1.5--3.0mm
E）避免弧光放电 • 用大功率启动新靶，材料表面出气，局 部真空变坏 • 直流溅射情况，靶面有不良导体形成 • 靶设计、安装不当，及在运用过程中受 力、受热引起的机械变形，造成的局部 击穿
3、辉光放电区电位分布---靶-基距
（1）阿斯顿暗区 （2）阴极暗区，克罗克斯暗区（3） 负辉区 （4）法拉第暗区 （5）正辉柱 （6）阳极暗区 （7） 阳极辉柱
• 2000年和2001年豪威公司先后研制出两 条新的大型中频双靶反应溅射制备二氧 化硅膜与氧化铟锡膜在线联镀装置并投 入生产. • 2002年豪威公司在国内首次引进PEM控 制系统,自行安装调试,成功的应用于多层 光学膜的研发工作中.
二、气体放电某些特性
在一般的溅射装置中，在真空室内辉光放电形 成并加速正离子，应熟悉气体放的某些电特性 1、辉光放电巴刑曲线--绝缘间隙的选取
• 阴极暗区宽度一般为1-2cm，镀膜设备中 阴极与基片距离大多5-10cm，可知两极 间只存在阴极暗区和负辉区，尽量减小 极间距离（靶-基距），获得尽量高的镀 膜速率。 • 阴极暗区边缘的电位几乎接近阳极电位， 相当于在辉光放电时，等离子体将阳极 推到阴极暗区边缘，此时真正的阳极在 哪里并不重要。 • 阳极位置只影响击穿电压。
Substrate Back Plate
溅射镀膜原理及其应用
磁控溅射常见技术
射频磁控溅射
用来进行介质膜的溅射， 如在玻璃上镀ITO膜之前需镀 上一层SiO2扩散隔离层,该 SiO2膜就是采用射频溅射。
通常在溅镀过程中辉光 放电中的离子撞击到阴极时， 会与阴极的电子中和，使得 溅射现象可以继续进行。但 若靶材本身不导电的话，离 子撞击到靶材上没有电子中 和，正电荷一直累积，便与 后来的离子排斥，这会造成 离子撞击现象的停顿。高周波电源 取代直流电源，便可解决此 问题。
溅射镀膜原理及其应用
磁控溅射原理
原理: 为了提高离化率,增加溅射沉积的速率,在靶背面增加磁场
是个有效的方法----电场与磁场的交互作用,使得二次电子在靶面 做螺旋式运动,大大延长了二次电子的运动行程，从而大大增加 了它同气体分子碰撞的机会，从而大大地提高了离化率，增加了 溅射速率。
磁控溅射常见技术
偏压溅射磁控
在基片上加100－300V的负电压，使得Ar2＋轰击靶材的同时也轰 击基片的膜层，使用偏压具有以下作用：
1. 改善附着力：1）将沉积过程中附着力不好的晶粒打掉；2）促 进膜层与基片的扩散，增加扩散层的厚度。
2. 提高耐磨性能：偏压的使用使得膜层更致密。 3. 改善膜层结构：偏压使得膜层由柱状晶变为更好的球状晶粒。 但偏压也有缺点： 1. 偏压的使用会降低沉积速率。 2. 过大的偏压使用会增加膜层的内应力。
矩形平面靶安装结构示意图
磁控溅射原理
平衡磁场磁控溅射
非平衡磁场磁控溅射
磁控溅射原理
孪生靶磁场分布示意图
磁控溅射原理
封闭非平衡磁场示意图
溅射靶材
溅射靶材按形状分类：矩形平面靶才、圆形平面靶才、圆柱靶材； 溅射靶材按成分分类：单质金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材；
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磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展郭聪（黄石理工学院机电工程学院黄石 435000）摘要：磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段。
探讨了磁控溅射技术在非平衡磁场溅射、脉冲磁控溅射等方面的进步，说明利用新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等，并进一步取代电镀等传统表面处理技术。
阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。
关键词：非平衡磁控溅射脉冲磁控溅射薄膜制备工艺应用中图分类号：O484.10 前言薄膜是指存在于衬底上的一层厚度一般为零点几个纳米到数十微米的薄层材料。
薄膜材料种类很多，根据不同使用目的可以是金属、半导体硅、锗、绝缘体玻璃、陶瓷等。
从导电性考虑，可以是金属、半导体、绝缘体或超导体；从结构考虑，可以是单晶、多晶、非晶或超晶格材料；从化学组成来考虑，可以是单质、化合物或无机材料、有机材料等。
制备薄膜的方法有很多，归纳起来有如下几种：1）气相方法制模，包括化学气相淀积（CVD）,如热、光或等离子体CVD和物理气相淀积（PVD），如真空蒸发、溅射镀膜、离子镀膜、分子束外延、离子注入成膜等；2）液相方法制膜，包括化学镀、电镀、浸喷涂等；3）其他方法制膜，包括喷涂、涂覆、压延、印刷、挤出等。
[1]而在溅射镀膜的发展过程中，新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等。
辉光等离子体溅射的基本过程是负极的靶材在位于其上的辉光等离子体中的载能离子作用下，靶材原子从靶材溅射出来，然后在衬底上凝聚形成薄膜；在此过程中靶材表面同时发射二次电子，这些电子在保持等离子体稳定存在方面具有关键作用。
溅射技术的出现和应用已经经历了许多阶段，最初，只是简单的二极、三极放电溅射沉积；经过30多年的发展，磁控溅射技术已经发展成为制备超硬、耐磨、低摩擦系数、耐蚀、装饰以及光学、电学等功能性薄膜的一种不可替代的方法，脉冲磁控溅射技术是该领域的另一项重大进展。
利用直流反应溅射沉积致密、无缺陷绝缘薄膜尤其是陶瓷薄膜几乎难以实现，原因在于沉积速度低、靶材容易出现电弧放电并导致结构、组成及性能发生改变。
利用脉冲磁控溅射技术可以克服这些缺点，脉冲频率为中频10~200kHz，可以有效防止靶材电弧放电及稳定反应溅射沉积工艺，实现高速沉积高质量反应薄膜。
1 基本原理磁控溅射(Magnetlon Sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。
磁控溅射镀膜采用在靶材表面设置一个平行于靶表面的横向磁场，磁场由置于靶内的磁体产生。
在真空室中，基材端接阳极极，靶材端接阴极，阴极靶的下面即放置着一个强力磁铁。
溅射时持续通入氩气，使之作为气体放电的载体(溅射气体)，同时通入氧气，作为与被溅射出来的锌原子发生反应的反应气体。
在真空室内，电子e在电场E的作用下，在加速飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子(二次电子)e。
Ar+计在电场作用下加速飞向阴极靶，以高能量轰击Zn靶表面使其发生溅射，溅射出来的锌原子吸收Ar离子的动能而脱离原晶格束缚，飞往基材方向，途中与O2发生反应并释放部分能量，最后反应产物继续飞行最终沉积在基材表面。
我们需要通过不断的实验调整工艺参数，从而使得溅射出来的历原子能与O2充分反应，制得纯度较高的薄膜。
另一方面，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作回旋运动，该电子的运动路径很长，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，最终沉积在基材、真空室内壁等处。
这一合理设计不仅提高了电子对氩气的电离几率，有效的利用了电子的能量，使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效，而且避免了高能电子对基材的强烈轰击，消除了溅射时的基材被轰击加热和被电子辐照引起损伤的根源，体现了磁控溅射中基材“低温”的特点。
同时，由于外加磁场的存在，实现了高速溅射。
因此，磁控溅射有低温、高速两大特点。
[2-5]2 磁控溅射的特点磁控溅射技术得以广泛的应用，是由该技术有别于其它镀膜方法的特点所决定的。
其特点可归纳为：①可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料，包括各种金属、半导体、铁磁材料，以及绝缘的氧化物、陶瓷、聚合物等物质，尤其适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜；②在适当条件下多元靶材共溅射方式，可沉积所需组分的混合物、化合物薄膜；⑨在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜；④控制真空室中的气压、溅射功率，基本上可获得稳定的沉积速率，通过精确地控制溅射镀膜时间，容易获得均匀的高精度的膜厚，且重复性好；⑤溅射粒子几乎不受重力影响，靶材与基片位置可自由安排；基片与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上，且由于溅射粒子带有高能量，在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜，同时高能量使基片只要较低的温度即可得到结晶膜；⑥薄膜形成初期成核密度高，故可生产厚度lOnm以下的极薄连续膜。
以上是磁控溅射的一些优点，但是磁控溅射也存在一些需要进一步改善的问题。
其中一个主要的问题是靶材的利用率有待提高。
由丁靶源磁场磁力线分布早圆周形状，在靶表面的一个环形区域内，靶材被消蚀成一个深的沟，这种靶材的非均匀消耗，造成靶材的利用率较低。
实际应刚中，圆形的平面阴极靶，靶材的利用率通常小于50％。
通过磁场的优化设计可提高靶材的利刚率。
特定的条件下，一些厂商磁控管的靶材利用率可以超过70％。
另外，旋转靶材的利用率较高，一般可达到70％~80％以上。
[6]3 磁控溅射制备ZnO功能性薄膜3.1 实验设备简介实验所用设备是JZCK-420B型高真空多功能磁控溅射设备，配有射频和直流电源。
沉积时真空室内的温度为室温，为控制沉积过程中真空室内的温度尤其是基材的温度，采用两路水循环冷却装置冷却基材、靶材和分子泵等，以避免冈高温而引起基材的变形和溅射出的颗粒的扩散运动。
同时基材在上、靶材在下的设计合理地避免杂质、颗粒落到基材表面，提高生成的膜的质量。
而且靶材与基片间距离沿轴向在线动态连续可调，有利于工艺调节和控制。
3．2 等离子处理基材由于后期实验需要，我们对经清洗后的部分样品进行了等离子处理。
所用设备为HD-1A冷等离子体处理仅，是采用电容式耦合辉光放电产生冷等离子体对材料表面进行改性的仪器。
设备主要由真空反应室、真空系统、充气系统、放电系统和射频电源等组成。
冷等离子体简介：利用放电技术使气体电离产生冷等离子体，冷等离子体中含有大量的电子、离子、激发态原子和分子及自由基等活性粒子，这些活性粒子在材料(金属、半导体、高分子材料)表面引起刻蚀、氧化、还原、裂解、交联和聚合等物理、化学反应，对材料表面进行改性．在不损伤基体的前提下，赋予材料表面新的性能，如吸水性(或疏水性)、耐磨性、粘接性、抗静电性等等．这种技术尤其适用于天然高分子材料(棉、毛、丝、麻)和合成高分子材料(化纤、塑料、合成橡胶等)，使其表面获得优化，因而在材料、化工、电子、印刷、纺织、生物技术等领域有广泛的应用。
本实验就是利用冷等离子体对材料表面具有刻蚀性能，希望通过等离子体处理增加原样表面的粗糙度。
结合系列实验得出的较好的制备ZnO薄膜的工艺参数，在等离子体处理后的基材上镀膜，从而得到更好薄膜和基材结合牢度，与未经等离子体处理的情况形成比较。
3．3 薄膜制备方法的选择尝试了射频源和直流源两种方式、在真空腔内通过Zn与02反应来制备薄膜，最终决定选择直流源，主要原因：①创新性尝试：查阅很多关于氧化锌磁控溅射镀层的资料，发现选用直流反应溅射镀层的非常少，再加上我们选用纺织材料这种柔性衬底作为基材，两者综合就是比较新的。
②效率考虑：射频溅射虽然比直流溅射在膜均匀性上有优势，但沉积速率过慢，使得制各的效率大大下降，在现实中不利于生产化推广。
而对于直流溅射的均匀性我们可以通过调节工艺参数提高。
③直流反应磁控溅射具有沉积速率高，反应衬底温度低，能有效地抑制同相扩散，薄膜与衬底之间界面陡峭结合牢固等优点。
在实验过程中确实感受到了如上所说的一些优点。
基于以上原因，最后使用直流源进行一系列实验。
直流电源是为磁控溅射靶配套设计的，具有功率大、控制精度高等优点的同时还具有以下其他电源所不具备的功能：恒流输出功能，对负载的适应能力强，控制精度高、抗短路；过流、空载禁止输出及超压保护三重功能，对电源及负载能起到有效的保护。
直流源一些重要的技术指标：最大输出功率1000W；输入电压AC220V±10％；最大输出电压DC700V：最大输出电流DCl．5A。
[7]4 磁控溅射新技术3.1 非平衡磁控溅射（UBMS）近年发展起来的非平衡磁控溅射技术是为了获得密度较高(>2mA／㎝²)而能量又较低(<100eV)的离子流，这样有利于提高膜层质量和减小膜层的内应力(离子轰击法生成薄膜的内应力较大)。
在非平衡磁控溅射技术中，外围磁场的强度大于中心的磁场强度，这样，磁铁中并非所有的磁力线都经中心点形成回路，而是有一部分磁力线指向基底。
这样，就有一部分电子可以沿磁力线运动至基底，等离子体不再被紧紧约束在靶表面，而另一部分在电子负电位的带动下流向基底，同时也在没有偏压的情况下实现了等离子体中离子流的引出。
为了更进一步提高膜层的均匀性，也可采用多源非平衡磁控溅射技术。
此外。
利用这种多源非平衡磁控溅射技术可以制备多层膜和合金膜，且成膜速率比传统的磁控溅射技术高2～3倍。
Kelly采用非平衡磁控溅射技术，应用中频电源(20～30kHz)制备Al2O3。
薄膜时发现不仅提高了沉积速率，还增强了系统的稳定性。
图2是非平衡磁控溅射技术的示意图。
图1 双靶非平衡磁控溅射示意图3.2 脉冲磁控溅射技术（PMS）脉冲磁控溅射技术在制备绝缘薄膜和各种氧化物、氮化物薄膜方面性能优越。
虽然这些薄膜可以用反应性磁控溅射技术制备，也可利用射频磁控溅射技术制备，但射频磁控溅射法的沉积速率较低，而且反应性磁控溅射技术容易发生异常放电和“微液滴溅射”现象，影响膜层的成分、性能以及系统的稳定性。
实验发现，采用中频(10～200kHz)的脉冲磁控溅射技术可以有效克服以上问题。
特别是用复合靶制备合金膜、混合膜时，可以通过调节脉冲功率源的脉冲占空比调节薄膜的组分。
实验发现，用直流磁控溅射法制备的氧化铝薄膜在550nm处的透过率只有45%，而利用脉冲磁控溅射技术制备时，其在550nm处的透过率大于97%。
硅单晶薄膜和TiO2光学薄膜同样可以用脉冲磁控溅射技术制备。
[8]5 新型磁控溅射镀膜工艺从一般的金属靶材溅射、反应溅射、偏压溅射等，伴随着工业需求及新型磁控溅射技术的出现，低压溅射、高速沉积、自支撑溅射沉积、多重表面工程以及脉冲溅射等新型工艺成为目前该领域的发展趋势。