磁控溅射技术及其应用
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。
磁控溅射镀膜
磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜是一种应用于材料表面改性的先进技术。
它利用准分子束磁控溅射设备，通过电弧、离子束或电子束的能量作用于目标材料，使其产生高温、高压等物理、化学效应，从而实现材料表面镀膜的目的。
本文将从磁控溅射镀膜的基本原理、应用领域、优势和不足以及发展前景等方面进行详细介绍，旨在全面了解磁控溅射镀膜技术的特点及其在现代工业中的应用。
1. 磁控溅射镀膜的基本原理磁控溅射镀膜技术是将所需镀层物质以固体靶材的形式放在装备中的靶极，利用外加的电场、磁场或离子束等等，使得靶材产生某种运动状态，随后可以将靶面上的物质溅射出来，沉积在基材表面，形成薄膜。
其中磁场的作用是将靶材中被离子轰击的金属离子引导回到靶材中心，以增加溅射效率。
2. 磁控溅射镀膜的应用领域磁控溅射镀膜技术广泛应用于许多工业领域，如电子、光学、太阳能电池、柔性电子器件、集成电路、玻璃制造等。
在电子领域，磁控溅射镀膜技术可用于制备薄膜晶体管，提高电子器件的性能和稳定性。
在光学领域，磁控溅射镀膜技术可制备高反射率、低反射率和色分离膜等光学薄膜。
在太阳能电池领域，磁控溅射镀膜技术可用于制备光学膜和透明导电膜。
在柔性电子器件领域，磁控溅射镀膜技术可用于制备导电薄膜和保护膜。
3. 磁控溅射镀膜的优势和不足磁控溅射镀膜技术具有许多优势。
首先，其产生的薄膜具有高质量、高致密性和良好的附着力。
其次，磁控溅射镀膜过程中无需加热基材，可避免基材变形和热损伤。
此外，磁控溅射镀膜技术具有膜层成分可调、薄膜复杂结构可控等特点。
然而，磁控溅射镀膜技术也存在不足之处。
一方面，磁控溅射镀膜设备体积较大、成本较高，且对真空度要求较高。
另一方面，由于目前磁控溅射镀膜技术仍处于发展阶段，其在大尺寸薄膜制备和高速镀膜方面还存在一定限制。
4. 磁控溅射镀膜的未来发展随着科学技术的不断进步，磁控溅射镀膜技术将进一步得到发展和完善。
一方面，磁控溅射镀膜技术将在薄膜成分调控和复杂结构薄膜制备方面取得更大突破，以满足不同行业对薄膜材料的需求。
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。
磁控溅射在生活中的应用
磁控溅射在生活中的应用磁控溅射是一种常见的物理气相沉积技术，它利用磁场控制离子在溅射目标表面的运动，从而获得高质量、均匀薄膜。
该技术在生活中有广泛的应用，包括电子产品、能源领域、光学薄膜和功能材料等方面。
首先，磁控溅射在电子产品制造行业中广泛应用。
如在平板电视、显示器和电子触摸屏等设备制造中，通过通过磁控溅射技术制备薄膜层，可以大幅提高显示屏的图像质量、色彩鲜艳度和对比度。
此外，磁控溅射还用于半导体器件的制备，如制造场效应管（FET）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等，以提高其导电性能和稳定性。
其次，磁控溅射在能源领域有重要的应用。
例如，太阳能光伏电池是一种重要的可再生能源，在制备太阳能电池过程中，磁控溅射技术被广泛应用于镀膜层的制备。
这些镀膜层可以提供保护、反射和增透等功能，提高太阳能电池的光吸收效率和电池的转换效率。
此外，由于磁控溅射技术可以实现高质量、高纯度的薄膜制备，因此在光学领域中也得到广泛应用。
例如，光学镀膜是制备各种光学器件的关键步骤。
通过磁控溅射技术制备的光学镀膜能够提供优秀的反射、透过和滤波等功能，用于制作光学仪器、激光设备、光学滤光片等，提高光学器件的性能和稳定性。
此外，磁控溅射技术在功能材料制备中也有广泛的应用。
例如，金属、合金和陶瓷等材料在制备过程中需要进行表面改性或涂层保护。
通过磁控溅射技术，可以在材料表面形成均匀、致密的涂层，提高材料的抗腐蚀性能、耐磨性和耐高温性能。
此外，磁控溅射技术还被应用于纳米材料的制备，如纳米粒子、纳米线和薄膜的制备，用于研究纳米材料的特性和开发新型纳米材料的应用。
综上所述，磁控溅射技术在生活中有广泛的应用。
它在电子产品、能源领域、光学薄膜和功能材料制备等方面发挥着重要作用。
通过磁控溅射技术制备的薄膜层具有高质量、均匀性好等特点，能够提高相关产品的性能和功能。
随着科技的进步和创新，磁控溅射技术将继续在各个领域中得到广泛应用，并且不断推动相关技术和产品的发展。
磁控溅射原理与应用
磁控溅射设备的主要用途
（1）各种功能性薄膜：如具有吸收、透射、反射、折射、偏 光等作用的薄膜。例如，低温沉积氮化硅减反射膜，以提高 太阳能电池的光电转换效率。
（2）装饰领域的应用，如各种全反射膜及半透明膜等，如 手机外壳，鼠标等。
技术分类
技术分类 磁控溅射在技术上可以分为直流（DC）磁控溅射、中频（MF）磁 控溅射、射频（RF）磁控溅射
原理
磁控溅射镀膜是指将涂层材料 做为靶阴极，利用氩离子轰击 靶材，产生阴极溅射，把靶材 原子溅射到工件上形成沉积层 的一种镀膜技术。
原理示意图
溅射技术------直流溅射法
直流溅射法 直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷
传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料， 不适于绝缘材料，因为轰击绝缘靶材时表面的离子电荷无法 中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加在靶上， 两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导 致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止。故对于绝缘靶材 或导电性很差的非金属靶材，须用射频溅射法（RF
溅射技术----溅射镀膜
溅射镀膜 溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击
出的粒子沉积在基片上的技术。通常，利用低压惰性气体辉 光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成，基片作为 阳极，真空室中通入的氩气或其它惰性气体，在阴极（靶） 1-3KV直流负高压或的射频电压作用下产生辉光放电。电离 出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上， 形成薄膜。溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅 射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交 流射频溅射、离子束溅射以及反应溅射等。
实验结果
通过试验及对结果的分析得出以下结论，在其他参数不变的 情况下，沉积率先增大后减小，在某一个最佳工作气压下， 有一个最大沉积率！！！
磁控溅射技术在半导体制造上的应用
磁控溅射技术在半导体制造上的应用磁控溅射技术（Magnetron Sputtering）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体制造领域。
该技术通过利用磁场和离子轰击来沉积薄膜材料，具有高效、均匀和可控的特点，因此在半导体器件制造过程中扮演着重要的角色。
磁控溅射技术的基本原理是将目标材料置于真空室中，利用磁场与离子轰击作用使目标表面的原子或分子离开并沉积到基底表面上。
在溅射过程中，磁控溅射器中的带电粒子被加速并击中目标材料，使其表面产生原子或分子的喷射，这些粒子在真空室中沉积到基底表面上，形成薄膜。
该技术可用于制备金属、氧化物、氮化物等多种薄膜材料。
磁控溅射技术在半导体制造上有广泛的应用。
首先，它是制备金属电极的重要方法之一。
半导体器件中的电极通常需要具有良好的导电性和稳定性，磁控溅射技术可以制备出均匀、致密的金属薄膜电极，使器件具有优异的电性能。
磁控溅射技术也被用于制备光学薄膜。
光学薄膜在半导体器件中起着非常重要的作用，如抗反射膜、反射镜等。
通过调节溅射条件和目标材料的选择，可以制备出具有特定光学性能的薄膜，如高透过率、低反射率等。
磁控溅射技术还可用于制备隔热薄膜。
在半导体器件中，为了减少能量损耗和提高性能，常常需要在器件上加上隔热层。
磁控溅射技术可以制备出具有低热导率和高绝缘性能的薄膜，从而有效隔离热量传导，提高器件的工作效率。
磁控溅射技术还可用于制备阻抗匹配层。
在半导体器件的封装过程中，为了提高信号传输效率，常常需要在器件上加上阻抗匹配层。
磁控溅射技术可以制备出具有特定阻抗的薄膜，从而实现信号的有效传输和匹配。
磁控溅射技术在半导体制造上具有广泛的应用。
它能够制备出高质量的金属电极、光学薄膜、隔热薄膜和阻抗匹配层等，为半导体器件的制造提供了强有力的支持。
随着半导体技术的不断发展，磁控溅射技术也将不断创新和完善，为半导体制造带来更多的可能性。
磁控溅射技术及其应用
• 靶中毒和打弧导致了溅射沉积的不稳定，缩短了靶材的使用寿命！ • 解决办法：最为有效解决直流反应溅射靶中毒和打弧问题的方式是改变溅射
电源，如采用射频，中频脉冲电源。
2、磁控溅射技术
• 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。
• 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。
一、磁控溅射镀膜技术简介
2、磁控溅射技术出现与进展
• 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。
6、磁控溅射新发展
• 高速溅射：高速溅射能够实现高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高 工业生产的效率；有可能替代目前对环境有污染的电镀工艺。
• 自溅射：当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放 电，即是仅用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自 溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜 形成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此 可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积 薄膜。
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三、磁控溅射镀膜技术发展
3、反应磁控溅射技术
• 靶中毒：迟滞现象使反应气体与靶材作用生成的化合物覆盖在靶材表面，积 累大量的正电荷无法中和，在靶材表面建立越来越高的正电位，阴极位降区 的电位随之降低，最终阴极位降区电位降减小到零，放电熄灭，溅射停止， 这种现象称为靶中毒。 • 打弧：当靶材表面化合物层电位足够高时，进而发生击穿，巨大的电流流过 击穿点，形成弧光放电，导致局部靶面瞬间被加热到很高的温度，发生喷射
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。
二、磁控溅射镀膜技术原理
2、磁控溅射技术
• 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
三、磁控溅射镀膜技术发展
5、脉冲磁控溅射技术
• 脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源
代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。脉冲
磁控溅射技术可以有效的抑制电弧产生进而 消除由此产生的薄膜缺陷，同时可以提高溅 射沉积速率，降低沉积温度等一系列显著优
点。
• 脉冲可分为双向脉冲和单向脉冲。双向脉冲 在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段 ，在负电压段，电源工作于靶材的溅射，正
射的同时，阳极靶完成表面清洁，
如此周期性地变换磁控靶极性，就 产生了“自清洁”效应。
四、磁控溅射镀膜技术的发展
6、磁控溅射新发展
•
高速溅射：高速溅射能够实现高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高 工业生产的效率；有可能替代目前对环境有污染的电镀工艺。
•
自溅射：当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放 电，即是仅用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自 溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜 形成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此 可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积 薄膜。
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。
三、磁控溅射镀膜技术发展
3、反应磁控溅射技术
•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。
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。
二、磁控溅射镀膜技术原理
1、直流二级溅射
• 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。
电压段，引入电子中和靶面累积的正电荷，
并使表面清洁，裸露出金属表面。脉冲磁控 溅射通常采用方波脉冲波形，在中频段即可 有效消除异常弧光放电的发现电弧放电。
四、磁控溅射镀膜技术的发展
6、脉冲磁控溅射技术
• 双向脉冲更多地用于双靶闭合式非 平衡磁控溅射系统如图所示，系统 中的两个磁控靶连接在同一脉冲电 源上，与中频孪生靶相似，两个靶 交替充当阴极和阳极，阴极靶在溅
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。
一、磁控溅射镀膜技术简介
2、磁控溅射技术出现与进展
• 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
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。
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
1、平衡磁控溅射技术
•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 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 。
•
在确定的工作场强下，频率越高，等离子体中正离子被加速的时间越短，正 离子从外电场吸收的能量就越少，轰击靶时的能量就越低，溅射速率就会下 降，因此为了维持较高的溅射速度，中频反应溅射电源的频率一般为10~80HZ
三、磁控溅射镀膜技术发展
4、中频磁控溅射技术
中频磁控溅射常同时溅射两个靶，并排配置的两个靶的尺寸与外形完全相 同，通常称为孪生靶如图所示，在溅射过程中，两个靶周期性轮流作为阴极 和阳极，既抑制了靶面打火，而且消除普通直流反应溅射是阳极消失现象，使 溅射过程得以稳定进行。
磁控溅射技术及其应用
演讲：***
2015年10月21日
目录
1 2 3 4 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
1、阴极溅射技术发现与进展
• 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
出现“打弧”现象。
• • 靶中毒和打弧导致了溅射沉积的不稳定，缩短了靶材的使用寿命！ 解决办法：最为有效解决直流反应溅射靶中毒和打弧问题的方式是改变溅射
电源，如采用射频，中频脉冲电源。
三、磁控溅射镀ห้องสมุดไป่ตู้技术发展
4、中频磁控溅射技术
•
将直流磁控溅射电源改为交流中频电源即成为中频磁控溅射。在中频反应溅 射过程中，当靶上所加的电压处在负半周期时，靶材表面被正离子轰击溅射 ，在正半周期，等离子体中的电子加速飞向靶材表面，中和了靶材表面沉积 化合物层累积的正电荷，从而抑制了打弧现象的发生。
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四、磁控溅射镀膜技术的应用
1、光学镀膜
四、磁控溅射镀膜技术的应用
2、太阳能玻璃管上镀膜
• 采用磁控溅射技术在玻璃管上镀制AlN‐Al膜。太阳能集热真空管镀膜主 要是应用其生产线具有自动化程度好、性能先进、优质品率高、质量稳定 等特点。
二、磁控溅射镀膜技术发展
3、自清洁玻璃
基于 TiO2光催化作用的自清洁玻璃亦将成为一个巨大的新兴产业。玻璃表 面所镀的TiO2膜或其他半导体膜还能分解空气中的有机物，以净化空气，且 催化空气中的氧气使之变为负氧离子，从而使空气变得清新，同时能杀灭玻 璃表面的细菌和空气中的细菌。
二、磁控溅射镀膜技术原理
2、磁控溅射技术
• 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
四、磁控溅射镀膜技术的应用
1、光学镀膜
光学薄膜应用反应磁控溅射技术已有多年，中频闭合场非平衡磁控溅射技
术也已在光学薄膜(如增透膜)、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面得到应 用。特别是透明导电玻璃目前广泛应用于平板显示器件、太阳能电池、微 波与射频屏蔽装置与器件、传感器等。透明导电玻璃在玻璃基片或柔性衬 底上,溅射制备SiO2薄膜和掺杂ZnO或InSn氧化物(ITO)薄膜。ITO薄膜最低 电阻率接近1025Ω ·cm量级,可见光范围内平均光透过率在90%以上
•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
三、磁控溅射镀膜技术发展
2、非平衡磁控溅射技术
•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
三、磁控溅射镀膜技术发展
2、非平衡磁控溅射技术
•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
•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
。
三、磁控溅射镀膜技术原理
3、反应磁控溅射技术--迟滞现象
• 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。