磁控溅射相关ppt
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磁控溅射原理详细介绍课件
种材料的溅射。
氮气（N2）
常与氩气混合使用，用于增加 薄膜的硬度和抗氧化性。
氧气（O2）
用于形成氧化物薄膜，如TiO2 和Al2O3。
选择原则
根据被溅射材料和所需薄膜性 质选择合适的工作气体。
溅射功率与控制
01
02
03
溅射功率
指用于产生溅射的功率， 通常以辉光放电的形式提 供。
控制方法
通过调节辉光放电的电流 或电压来控制溅射功率。
03
放电的物理过程
放电过程中，气体分子在电场中被电离，产生带电粒子，这些带电粒子
在电场中加速运动，与气体分子发生碰撞，使气体分子激发和电离，形
成电子和离子的雪崩效应。
粒子运动与碰撞
带电粒子的运动
在电场中，带电粒子受到电场力 的作用，沿着电场线方向加速运
动。
粒子的碰撞
带电粒子在运动过程中与气体分 子发生碰撞，将动能传递给气体 分子，使气体分子获得足够的能 量以克服束缚力，从原子或分子
磁控溅射原理详细介绍课件
目录
• 磁控溅射原理概述 • 磁控溅射装置与工作原理 • 磁控溅射的物理基础 • 磁控溅射技术参数与控制 • 磁控溅射沉积薄膜性能优化 • 磁控溅射研究前沿与展望
01
磁控溅射原理概述
定义与特性
定义
磁控溅射是一种物理气相沉积技术，通过在真空环境下利用磁场控制电子运动 ，实现高速离子轰击靶材表面，将靶材原子溅射出来并沉积在基材表面形成薄 膜。
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
氮气（N2）
常与氩气混合使用，用于增加 薄膜的硬度和抗氧化性。
氧气（O2）
用于形成氧化物薄膜，如TiO2 和Al2O3。
选择原则
根据被溅射材料和所需薄膜性 质选择合适的工作气体。
溅射功率与控制
01
02
03
溅射功率
指用于产生溅射的功率， 通常以辉光放电的形式提 供。
控制方法
通过调节辉光放电的电流 或电压来控制溅射功率。
03
放电的物理过程
放电过程中，气体分子在电场中被电离，产生带电粒子，这些带电粒子
在电场中加速运动，与气体分子发生碰撞，使气体分子激发和电离，形
成电子和离子的雪崩效应。
粒子运动与碰撞
带电粒子的运动
在电场中，带电粒子受到电场力 的作用，沿着电场线方向加速运
动。
粒子的碰撞
带电粒子在运动过程中与气体分 子发生碰撞，将动能传递给气体 分子，使气体分子获得足够的能 量以克服束缚力，从原子或分子
磁控溅射原理详细介绍课件
目录
• 磁控溅射原理概述 • 磁控溅射装置与工作原理 • 磁控溅射的物理基础 • 磁控溅射技术参数与控制 • 磁控溅射沉积薄膜性能优化 • 磁控溅射研究前沿与展望
01
磁控溅射原理概述
定义与特性
定义
磁控溅射是一种物理气相沉积技术，通过在真空环境下利用磁场控制电子运动 ，实现高速离子轰击靶材表面，将靶材原子溅射出来并沉积在基材表面形成薄 膜。
工作气体
选择适当的工作气体，如氩气、氮气等，以 获得所需的薄膜性能。
薄膜结构与性能表征
成分分析
通过光谱分析技术确定薄膜的元素组 成。
晶体结构
采用X射线衍射技术分析薄膜的晶体 结构。
磁控溅射镀膜原理及工艺 ppt课件
2.2.2磁场
用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上 保持一致，而且磁场强度应当合适。磁场不均 匀就会产生不均匀的膜层。磁场强度如果不适 当（比如过低），那么即使磁场强度一致也会 导致膜层沉积速率低下，而且可能在螺栓头处 发生溅射。这就会使膜层受到污染。如果磁场 强度过高，可能在开始的时候沉积速率会非常 高，但是由于刻蚀区的关系，这个速率会迅速 下降到一个非常低的水平。同样，这个刻蚀区 也会造成靶的利用率比较低。
（4）（选择操作）打开加热控温电源。启动 急停控制，报警至于通位置，功能选则为烘烤。 （5）但真空度达到5×10-4Pa时，关闭复合真 空计，开启电离真空计，通氩气（流量 20L/min），打开气路阀，将流量计Ⅰ拨至阀控 档，稳定后打开离子源，依次调节加速至 200V~250V，中和到12A左右，阳极80V，阴极10V， 屏极300V。从监控程序中调出工艺设置文件，启 动开始清洗。 （6）清洗完成后，按离子源参数调节相反的顺 序将各参数归零，关闭离子源，将流量计Ⅱ置于关 闭档。
在气体可以电离的压强范围内如果改变 施加的电压，电路中等离子体的阻抗会随 之改变，引起气体中的电流发生变化。改 变气体中Байду номын сангаас电流可以产生更多或更少的离 子，这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速 率。
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。
3试验
3.1试验目的
①熟悉真空镀膜的操作过程和方法。 ②了解磁控溅射镀膜的原理及方法。 ③学会使用磁控溅射镀膜技术。
磁控溅射技术和透明导电薄膜-PPT精选文档
等离子详解
定义:等離子體是一种电离气体，是离子、 电子和高能原子的集合体，整体显中性，它 是一种由带电粒子组成的电离状态. 等离子体的现象，所发生的辉光放电原理， 产生离子溅射基理（低压气体中显示辉光的 气体放电现象，即是稀薄气体中的自激导电 现象） 洛仑磁力：运动电荷在磁场中受到的作用力
电学薄膜
光学薄膜
力学薄膜
装饰薄膜
薄膜的制备手段
气相法： 化学气相沉积（CVD）硅烷和氮反应形成氮化硅膜(Si3N4) 把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供 给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激光等能源， 借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分解或化学 合成）生长形成固态的薄膜。 物理气相沉积（PVD）——热蒸发 溅射 离子镀 分子束外延 液相法：化学镀、电镀、浸渍镀等。 其他方法：喷涂、涂敷等。
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磁控溅射技术和透明导电薄膜
什么叫镀膜
薄膜： 在固体表面上镀上一层于基体材料不 同的薄层材料。
厚度通常在几微米以下。
溅射原理
溅射示意图
成膜示意图
磁控溅射原理
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， 并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。
磁控溅射相关ppt..共21页PPT资料
磁控溅射镀膜
12
膜的检测手段
当对薄膜样品进行XRR测量时,由于空气与薄膜、薄膜与衬底 的X射线反射率不同,就会产生XRR衍射峰。通过计算相邻峰 位之间的距离就可推算薄膜的厚度,通过峰的强度和面积就可 以计算其界面粗糙度。如果在垂直于膜面方向上多层膜存在 较好的周期性结构(超晶格),在小角范围内还会出现布拉格衍 射峰。
磁控溅射镀膜
5
磁控溅射镀膜原理
2. 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中
与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞 向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表 面，使靶材发生溅射。在溅射 粒子中，中性的靶原子或分子 沉积在基片上形成薄膜，而产 生的二次电子会受到电场和磁 场作用，产生E（电场）×B （磁场）所指的方向漂移，简 称E×B漂移，其运动轨迹近似一条摆线。
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，在1950年之前 有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可信的。
到了19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。
磁控溅射镀膜
6
磁控溅射镀膜原理
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 来轰击靶材，从而实现了 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 。
磁控溅射原理详细介绍ppt课件
辉光放电是在真空度约为一的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。 设有图2那样的一个直流气体放电体系。在阴阳两极之间由电动势为的直流电源提供电压和电流，并以 电阻作为限流电阻。在电路中，各参数之间应满足下述关系：
V=E-IR
9
第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
使真空容器中Ar气的压力保持为，并逐渐提高两个电极
(C)基片表面的颗粒物质将会使薄膜产生针孔和形成沉积污染，因此，沉积前应对基片进行彻底清 洗，尽可能保证基片不受污染或不携带微粒状污染物。
6
第一部分 真空镀膜基础
1.4 薄膜技术
薄膜技术主要包括薄膜的制备技术和薄膜材料研究，薄膜的制备技术又称为镀膜技术。薄膜的制备 方法以气相沉积方法为主，包括物理气相沉积方法（PVD）和化学气相沉积方法(CVD)。
磁控溅射原理详细介绍
第一部分 真空镀膜基础
1.1 气体与固体的相互作用
气体与固体相互作用后的结合，主要是通过物理吸附和化学吸附来实现的。一个气相原子入射到基 体表面，能否被吸附，是物理吸附还是化学吸附，是一个比较复杂的问题。固体表面与体内在晶体结构上 的一个重大差异是原子或分子间的结合化学键中断，原子或分子在固体表面形成的这种间断键称为不饱和 键或悬挂键，它具有吸引外来原子或分子的能力。入射到基体表面的气相原子被这种不饱和键吸引住的现 象称为吸附。如果用键的观点加以考虑，物理吸附是因为固体表面上的原子键已处于饱和状态，表面变得 不活泼，表面上只是由于范德瓦尔斯力(分子力)、电偶极子和四重极子等静电的相互作用使原子和分子间 产生吸附作用而结合;化学吸附则是由于物体表面上的原子键不饱和而与表面附近原子和分子进行结合， 其中包括共有或交换电子的离子结合、原子结合、金属结合等。
V=E-IR
9
第二部分 溅射及辉光放电
2.2 辉光放电
使真空容器中Ar气的压力保持为，并逐渐提高两个电极
(C)基片表面的颗粒物质将会使薄膜产生针孔和形成沉积污染，因此，沉积前应对基片进行彻底清 洗，尽可能保证基片不受污染或不携带微粒状污染物。
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第一部分 真空镀膜基础
1.4 薄膜技术
薄膜技术主要包括薄膜的制备技术和薄膜材料研究，薄膜的制备技术又称为镀膜技术。薄膜的制备 方法以气相沉积方法为主，包括物理气相沉积方法（PVD）和化学气相沉积方法(CVD)。
磁控溅射原理详细介绍
第一部分 真空镀膜基础
1.1 气体与固体的相互作用
气体与固体相互作用后的结合，主要是通过物理吸附和化学吸附来实现的。一个气相原子入射到基 体表面，能否被吸附，是物理吸附还是化学吸附，是一个比较复杂的问题。固体表面与体内在晶体结构上 的一个重大差异是原子或分子间的结合化学键中断，原子或分子在固体表面形成的这种间断键称为不饱和 键或悬挂键，它具有吸引外来原子或分子的能力。入射到基体表面的气相原子被这种不饱和键吸引住的现 象称为吸附。如果用键的观点加以考虑，物理吸附是因为固体表面上的原子键已处于饱和状态，表面变得 不活泼，表面上只是由于范德瓦尔斯力(分子力)、电偶极子和四重极子等静电的相互作用使原子和分子间 产生吸附作用而结合;化学吸附则是由于物体表面上的原子键不饱和而与表面附近原子和分子进行结合， 其中包括共有或交换电子的离子结合、原子结合、金属结合等。
磁控溅射工艺简介PPT演示文稿
磁控溅射镀膜工艺简介
2014.6.6
1
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.
4
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）：
5
二、溅射原理解释
6
二、溅射原理解释
7
二、溅射原理解释
8
二、溅射原理解释
9
三、磁控溅射原理解释
10
三、磁控溅射原理解释
11
三、磁控溅射原理解释
12
三、磁控溅射原理解释
13
三、磁控溅射原理解释
14
三、磁控溅射原理解释
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）：
5
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
8
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.ppt
通过磁场提高溅射率的基本原理由
Penning在60多年前发明，后来由Kay和
其他人发展起来，并研制出溅射枪和柱式
磁场源。1979年Chapin引入了平面磁控
结构。
速度为v的电子在电场E和磁感强度为B
的磁场中将受到洛仑兹力的作用：
F e( E v B )
电荷在均匀电磁场中运动
镜像磁场磁力线分布示意图
地球本身磁场的分布也属于镜像场，在外层空间运 动的带电粒子进入地球磁场影响范围后, 将绕地磁感 应线做变幅螺旋运动, 在两极间来回振荡, 形成有名 的范· 阿伦辐射带即地球大气层中的电离层 。 有时范· 阿伦辐射带中的带电粒子因空间磁场的变化 而在两极附近进入地球大气层，引起极光。
溅射的优缺点
溅射工艺可重复性较好，膜厚可控制，可以在大面积 优点 基片上获得厚度均匀的薄膜。 对于任何材料，只要能做成靶材，就可实现溅射； 溅射所获得的薄膜与基片结合较好； 溅射所获得的薄膜纯度较高，致密性好；
缺点 它的沉积速率低，基片温升高
易受杂质气体影响
二、溅射装置
2.1 直流溅射(DC sputtering)
+
假设t= 0 时电子位于坐标原点并且初速 为零， E、B均为常数， 该方程的解为
运动轨迹为在YOZ 平面内沿Z 轴平行前 进的摆线
电荷在非均匀电磁场中运动
电荷在非均匀磁场中运动除了受到洛伦兹力外,还 要受到一个由于磁场的空间分布不均匀性而引起的磁 阻力
F m a q E ( x, y , z ) q v B( x, y , z ) B( x, y , z )
溅射率和离子能量的关系
Cu膜溅射蒸发速度对粒子数的 分布曲线
《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
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磁控溅射镀膜
4
磁控溅射镀膜原理
1. 定义：
在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形 成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率， 增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程，是物理气相沉积
（Physical Vapor Deposition，PVD）的一种。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜原理
2. 磁控溅射的工作原理是指电子在电场 E的作用下，在飞向基片过程中
与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞 向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表 面，使靶材发生溅射。在溅射
粒子中，中性的靶原子或分子
沉积在基片上形成薄膜，而产 生的二次电子会受到电场和磁
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜技术应用
3. 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。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜技术应用
4. 在显示屏磁控溅射镀膜
在保护屏表面采用磁控溅射方法分别镀上高折射率的 TiO2膜和低折射率的SiO2膜，使保护屏具有低反射增透的效 果，将会提高显示屏的清晰度。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜技术应用
1. 金属基材装饰膜颜色
金属基材装饰膜的种类及色调很多，下表列举了部分金属基材装饰膜 的种类及颜色。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜技术应用
2. 在工模具上镀膜
在工模具镀膜除了可以提高硬度、降低摩擦系数、具有很好的耐磨 性和化学稳定性等优点外，还可以增加模具脱模性、减少成型面损伤、维 护高镜面模具、维护特殊加工面、模仁配件可完成无油光滑。
磁控溅射镀膜
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Contents
1
磁控溅射镀膜的发展 磁控溅射镀膜的原
3 4
磁控溅射镀膜
2
磁控溅射镀膜的发展
阴极溅射技术的发现与进展
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，在1950年之前 有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可信的。
4. Low‐e(低辐射）幕墙玻璃镀膜
目前国内生产低辐射玻璃膜系有单银和双银结构
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜
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场作用，产生E（电场）×B
（磁场）所指的方向漂移，简 称E×B漂移，其运动轨迹近似一条摆线。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜原理
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 来轰击靶材，从而实现了
磁控溅射镀膜
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膜的检测手段
膜成分的检测
x射线衍射法（X-ray diffraction简称XRD)可以进行晶体结构
分析、物相分析 x射线光电子谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy简称XPS) 不仅能测定表面的组成元素，而且能确定各元素的化学状态 俄歇电子能谱(AES)分析，可以有关固体表面和界面的元素种 类，相对含量及化学状态。有很高的微区分能力，或者说有 很高的横向和沉积方向分辨能力
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、多靶非平衡磁控溅、 反应磁控溅、中频磁控溅、脉冲磁控溅射。
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、自溅射和高功率脉冲磁控溅射等成为目前磁控溅射领域新 的发展趋势。
到了19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。
磁控溅射镀膜 3
磁控溅射镀膜的发展
磁控溅射技术出现与进展
通过把磁场应用到设备中，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。
磁控溅射镀膜
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磁控溅射镀膜技术应用
磁控溅射膜涂层能改善材料的表面性能，减少工件的摩擦和磨损，有 效提高表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使 用寿命，节约资源，提高生产力，减少环境污染。 磁控溅射在PVD行业是应用及研究最广泛的，在装饰、工模具镀膜、
太阳能、幕墙玻璃、显示屏等许多行业都有广泛的应 用。
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。
磁控溅射镀膜
7
膜的检测手段
1. 硬度和弹性模量的检测 2. 膜层与基底粘附性检测 3. 膜成分的检测
4. 膜层结构的检测
5. 退火后膜层性能的检测
磁控溅射镀膜 11
膜的检测手段
膜层结构的检测
膜层结构的检测主要是用近平行的入射X 射线, 以掠入射的方
式射入和中子掠入射镜反射方法测定薄膜厚度和界面结构
1. 掠入射X-ray反射(GIXRR)
当X射线照到试样上,如果试样内部存在纳米尺寸的密度不
均匀区(1-100nm),则会在入射X射线束周围2-5°的小角度范围
磁控溅射镀膜
13
膜的检测手段
2. 中子掠入射镜反射
中子没有电荷，穿透本领强，许多固体材料对中子是透明的可有效的 研究材料的深层界面结构，同时可以获取分层介质各层的厚度、密度和界 面粗糙度。
中子反射是作用在原子核上，在检测轻元素（C、H、O、N）、同位
素和原子质量相近的元素（Fe-Co）上相比于X-Ray有较大的优势。
内出现散射X射线.称为掠入射X-ray反射。
磁控溅射镀膜
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膜的检测手段
当对薄膜样品进行XRR测量时,由于空气与薄膜、薄膜与衬底
的X射线反射率不同 ,就会产生XRR衍射峰。通过计算相邻峰
位之间的距离就可推算薄膜的厚度 ,通过峰的强度和面积就可 以计算其界面粗糙度。如果在垂直于膜面方向上多层膜存在 较好的周期性结构 ( 超晶格 ), 在小角范围内还会出现布拉格衍 射峰。
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膜的检测手段
膜层与基底粘附性检测
纳米划痕硬度计主要通过测量压头在法向和切向上的载荷和位移的连续变
化过程,研究材料的摩擦性能、塑性性能和断裂性能。在划痕实验中,薄膜 的损伤是由垂直作用于薄膜表面并造成弹性一塑性形变的压力、压头沿薄 膜表面运动时切线方向的摩擦力和薄膜内残余应力共同作用造成的。在较 低的载荷下,薄膜开始出现变形但仍完全保持与基底的附着 ,随着载荷增加, 薄膜以碎片、断片等形式从基底脱落时 ,即薄膜开始与基底分离时对应的 载荷定义为临界载荷Lc,它主要表征薄膜与基底的附着性能。
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膜的检测手段
硬度和弹性模量的检测
纳米压痕(nanoindentation)又称深度敏感压痕(depth sensing indentation)
技术是近几年发展起来的一种新技术。它可以在不用分离薄膜与基底材料 的情况下直接得到薄膜材料的许多力学性质。例如 :弹性模量、硬度、屈 服强度、加工硬化指数等等。在微电子科学、表面喷涂、磁记录以及薄膜 等相关的材料科学领域得到越来越广泛的应用。