磁控溅射镀膜简介
磁控溅射镀膜原理
磁控溅射镀膜原理
磁控溅射镀膜是一种常用的薄膜制备技术，其原理是利用磁控溅射装置将固体材料转化为薄膜状，并将其沉积在基底材料上。
该技术具有高成膜速率、较高的膜均匀性和优良的附着力等优点。
在磁控溅射装置中，首先需要将目标材料（也称为靶材）放置在真空腔室中。
真空腔室初步抽气后，通过加热靶材或施加直流电弧或射频等方式，在靶材表面形成高能电子。
这些加热或激发的电子进一步与惰性气体（如氩气）发生碰撞，使其部分激发成高能态。
同时，由于磁场的存在，这些高能态的粒子将被束缚在靶材周围的磁场线上，形成等离子体环。
接下来，通过加速电场的作用，激发态粒子会从等离子体环中释放出来，并以高速撞击到基底材料上。
在撞击过程中，靶材表面的原子将被冲击撞击而脱离，并形成带电粒子。
这些带电粒子将在真空环境中传输，并最终沉积在待镀膜的基底材料上。
因此，基底材料表面就形成了一层特定厚度和特定性质的薄膜。
磁控溅射镀膜技术的成膜过程中，磁场的存在起到了重要的作用。
磁场的存在使得等离子体中的带电粒子能够沿着磁场线运动，在较长的时间内与基底材料进行撞击，提高了膜层的成膜速率和附着力。
此外，通过调节磁场的强度和方向，还可以实现对薄膜成分和薄膜性能的控制。
因此，磁控溅射镀膜技术在各种领域中得到了广泛应用，如光学薄膜、电子器件、压敏电阻器等。
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。
磁控溅射镀膜技术综合介绍
一.磁控溅射电镀上世纪80年代开始, 磁控溅射技术得到迅猛的发展, 其应用领域得到了极大的推广。
现在磁控溅射技术已经在镀膜领域占有举足轻重的地位, 在工业生产和科学领域发挥着极大的作用。
正是近来市场上各方面对高质量薄膜日益增长的需要使磁控溅射不断的发展。
在许多方面, 磁控溅射薄膜的表现都比物理蒸发沉积制成的要好；并且在同样的功能下采用磁控溅射技术制得的可以比采用其他技术制得的要厚。
因此, 磁控溅射技术在许多应用领域涉及制造硬的、抗磨损的、低摩擦的、抗腐蚀的、装潢的以及光电学薄膜等方面具有重要是影响。
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:可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料,涉及各种金属、半导体、铁磁材料,以及绝缘的氧化物、陶瓷等物质,特别适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜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;在溅射的放电气中加入氧、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;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,且反复性好;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;薄膜形成初期成核密度高,故可生产厚度10nm以下的极薄连续膜。
1.磁控溅射工作原理:磁控溅射属于辉光放电范畴, 运用阴极溅射原理进行镀膜。
膜层粒子来源于辉光放电中, 氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。
氩离子将靶材原子溅射下来后,沉积到元件表面形成所需膜层。
磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹, 使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动, 因而大大增长了与气体分子碰撞的几率。
用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶), 使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。
《磁控溅射镀膜技术》课件
基本步骤和流程
沉积过程的影响。
3
溅射沉积
4
开启磁控溅射系统，控制溅射功率、 溅射时间和沉积速率。
准备工作
清洗基板，装载靶材和目标材料。
预处理
通过表面处理方法优化基板表面，提 高沉积质量。
优势和特点
1 高沉积速率
2 良好的附着力
磁控溅射镀膜技术
磁控溅射镀膜技术是一种高效、精确的薄膜沉积技术，利用磁场和离子束将 材料蒸发并沉积到基板上。
定义和原理
磁控溅射镀膜利用磁场产生的影响力将靶材表面的原子或分子击出，并通过离子束进行沉积。它基于磁 控电子密云的原理。
1 磁场作用
通过磁场控制离子束的 运动，实现靶材表面原 子的击出。
2 离子束沉积
提高沉积效率、减少材料浪费和能耗。
总结和展望
磁控溅射镀膜技术是一项极为重要的薄膜制备技术，具有广泛的应用前景和发展空间。持续的科技创新 将进一步推动其发展。
基板
用于接收沉积的薄膜，可以是 玻璃、硅基片等。
发展现状和趋势
磁控溅射镀膜技术在各个领域得到广泛应用，随着纳米科技的发展，其在导电膜、光学薄膜等方 面仍有进一步发展的潜力。
1 纳米制备
应用纳米材料和纳米结构进行高性能薄膜制备。
2 多功能薄膜
开发具备多种功能的复合薄膜，如防反射、传感等。
3 绿色环保
离子束具有高速度和高 能量，可实现高效的薄 膜沉积。
3 磁控电子密云
通过磁场调节电子密云， 优化离子束的特性和运 动。
应用领域
光学薄膜
用于制备反射镜、透镜等光学元件，提高光 学系统性能。
防护涂层
用于制备防腐、抗磨损等涂层，延长材料寿 命。
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。
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磁控溅射镀膜机原理
磁控溅射镀膜机原理磁控溅射技术是一种用于镀膜的先进技术。
磁控溅射镀膜机是利用电子束的动能将固体材料从靶层中剥离并沉积在基板上的一种镀膜设备。
本文将为您介绍磁控溅射镀膜机的原理及其应用。
一、磁控溅射镀膜机的原理磁控溅射镀膜机又称磁控离子镀膜机，是一种利用外部电场和磁场激发离子束并蒸发靶材料形成镀层的设备。
这种技术源于20世纪60年代初期的物理研究。
它的基本原理是利用电子束加速器向金属靶材料表面注入精细定位的、高能单元电子束，从而促使靶材料发生电子冲击下物质的剥离，形成离子束，进而被磁场聚拢并加速击打在待镀基材料表面，从而沉积成膜。
这种技术对材料的选择范围较广，可使用的原材料包括各种无机材料和合金，如氧化物、硅、合金、氟化物等。
而磁控溅射技术也因此被广泛应用于各种领域，如电子、计算机、晶体管、固态照明、太阳能电池、生物医学、汽车、航空航天、建筑室内装修等领域。
二、磁控溅射镀膜机的类型及分类根据靶材料种类和制备过程条件的不同，磁控溅射镀膜机可以分为多种类型。
下面我们介绍一下主要的几种类型。
1、平板离子源平板离子源是最基本的离子源类型，通常由一个平板放电电极和一个屏蔽靶组成。
它的靶材料为物质的块状，可将注入的能量转换成游离原子形成高能离子束，使其透过向靶和基板之间发射的离子束，再到达基板表面。
由于靶和基板之间的角度限制，使该装置产生较低的折射率，从而制造较低的细节图案。
因此，平板离子源多用于制造器件外壳全面涂层。
2、圆柱形偏心离子源圆柱形偏心离子源由两极电源和一个圆柱形靶台制成。
表面不平整的靶材料块在高速离子束的作用下被剥离，形成离子束并沉积在基板上。
该离子源的形状和设计使得离子束方向发散，从而可以与表面平面的材料相交，产生均匀的涂层。
此外，偏心离子源具有抗污染能力强、精度高和效率高等特点，适用于工业和商业应用。
3、环柱形偏心离子源环柱形偏心离子源由一个圆筒形壳体、一个中央靶、四组电极和一个基板组成。
中央靶材料在离子束的作用下形成薄膜，并沉积在基板上。
磁控溅射镀膜
磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜技术是一种先进的表面处理方法，广泛应用于各个领域，如光学、电子、材料科学等。
在该技术下，金属材料以目标靶片的形式存在，在磁控溅射器的作用下，通过发射电子束或离子束对金属靶片进行轰击，从而将金属材料转化为离子态，并沉积在待处理物体表面，形成一层均匀、致密、硬度高的薄膜。
磁控溅射镀膜技术的原理非常简单，但其实现过程却较为复杂。
首先，需要一个磁控溅射器，通常由一个真空室、磁控系统、附着电极、溅射电极以及靶片组成。
真空室的存在能够保证溅射过程在无氧环境下进行，从而减少被氧化的可能性。
溅射过程中，靶片会被磁控系统所影响，生成一个磁场，使得靶片表面的离子化物质迅速被电子束轰击，使其处于高能态。
而这些离子化的金属物质则会沉积到待处理物体表面，形成一层均匀的薄膜。
在溅射过程中，可以通过调节磁场的参数，如磁场强度和位置，来控制溅射过程的稳定性和薄膜的特性。
磁控溅射镀膜技术具有多项优势。
首先，由于在真空环境下进行，能够排除空气中的尘埃和杂质，从而获得高品质的薄膜。
其次，通过调节溅射器的参数，可以实现对薄膜成分的精准控制，从而满足不同应用领域的需求。
此外，磁控溅射镀膜技术还可以在一次溅射过程中，同时沉积多种材料，实现复合材料的制备。
在光学领域，磁控溅射镀膜技术得到广泛应用。
通过溅射镀膜，可以制备具有特定光学性能的薄膜，如反射膜、滤光膜和偏振膜等。
这些薄膜不仅能够改善光学器件的透过率和反射率，还能够增加器件的耐磨性和耐腐蚀性。
此外，在光学器件中，磁控溅射镀膜技术还可以用于制备光波导薄膜，从而实现光信号的传输和处理。
在电子领域，磁控溅射镀膜技术也发挥着重要作用。
例如，在集成电路制造过程中，磁控溅射镀膜技术可以用来制备金属线路层和腐蚀保护层等。
通过精确控制溅射过程的参数，可以实现金属线路的精细图案和高精度的位置控制，从而提高集成电路的性能和可靠性。
除了在光学和电子领域，磁控溅射镀膜技术还被广泛应用于材料科学研究中。
磁控溅射镀膜技术
传递给碰撞处的原子，导致很小的局部区域产生高温，使靶材融化，发
生热蒸发。 可以解释溅射率与靶材蒸发热和入射离子的能量关系，余弦分布规律；
不能解释溅射率与入射离子角度关系，非余弦分布规律，以及溅射率
与入射离子质量关系等。
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三、磁控溅射
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三、磁控溅射
（四）磁控溅射的应用实例-TCO薄膜的制备：
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% 。
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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
（三）溅射参数：
（5）靶材温度： 靶材存在与升华相关的某一温度。低于此温度时，溅射率几乎不变； 高于此温度时，溅射率急剧增加。
除此之外，还与靶的结构和靶材的结晶取向、表面形貌、溅射压强 等因素有关
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二、溅射镀膜的基本原理
（三）溅射参数：
3.溅射原子的能量和速度 不同靶材具有不同的原子逸出能量； 入射离子种类和能量（守恒定律）； 倾斜方向逸出的原子具有较高的逸出能量。
29Βιβλιοθήκη 二、溅射镀膜的基本原理（五）溅射机理：
2.动量转移理论 深入研究结果表明，溅射完全是一个动量转移过程。
该理论认为，低能离子碰撞靶时，不能直接从表面溅射出原子，而
是把动量传递给被碰撞的原子，引起原子的联级碰撞。这种碰撞沿晶体 点阵的各个方向进行。当原子的能量大于结合能时，就从表面溅射出来。
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磁控溅射镀膜简介
溅射薄膜靶材按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜相物理功能膜两大类。
前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料, 后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料靶材等, 具体应用在玻璃涂层(各种建筑玻璃、ITO透明导电玻璃、家电玻璃、高反射后视镜及亚克力镀膜), 工艺品装饰镀膜, 高速钢刀具镀膜, 切削刀具镀膜, 太阳能反光材料镀膜, 光电、半导体、光磁储存媒体、被动组件、平面显示器、微机电、光学组件、及各类机械耐磨、润滑、生物医学, 各种新型功能镀膜(如硬质膜、金属膜、半导体膜、介质膜、碳膜、铁磁膜和磁性薄膜等)
采用Cr，Cr-CrN等合金靶材或镶嵌靶材，在N2,CH4等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr,CrC,CrN等镀层。
纯Cr的显微硬度为425～840HV，CrN为1000～350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水溶液电镀铬。
电镀会使钢发生氢脆、速率慢，而且会产生环境污染问题。
用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高3～10倍。
TiN，TiC，Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多介质中具有良好的耐蚀性，可以作为基体材料保护膜。
溅射镀膜法和液体急冷法都能制取非晶态合金，其成分几乎相同，腐蚀特性和电化学特性也没有什么差别，只是溅射法得到的非晶态膜阳极电流和氧化速率略大。
在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂。
常用的固体润滑剂有软金属(Au,Ag,Pb,Sn等)，层状物质(MoS2，WS2，石墨，CaF2，云母等)，高分子材料(尼龙、聚四氟乙烯等)等。
其中溅射法制取MoS2膜及聚四氟乙烯膜十分有效。
虽然MoS2膜可用化学反应镀膜法制作，但是溅射镀膜法得到的MoS2膜致密性好，附着性优良。
MoS2溅射膜的摩擦系数很低，在0.02～0.05范围内。
MoS2在实际应用时有两个问题:一是对有些基体材料如Ag,Cu,Be等目前还不能涂覆;二是随湿度增加，MoS2膜的附着性变差。
在大气中使用要添加Sb2O3等防氧化剂，以便在MoS2表面形成一种保护膜。
溅射法可以制取聚四氟乙烯膜。
试验表明，这种高分子材料薄膜的润滑特性不受环境湿度的影响，可长期在大气环境中使用，是一种很有发展前途的固体润滑剂。
其使用温度上限为5OoC，低于-260oC时才失去润滑性。
MoS2、聚四氟乙烯等溅射膜，在长时间放置后性能变化不大，这对长时间备用、突然使用又要求可靠的设备如防震、报警、防火、保险装置等是较为理想的固体润滑剂。
内容来源：宝钢代理商 欢迎多多交流！！！。