溅射镀膜
真空溅射镀膜讲义
简单的直流二极溅射装置，相当于一个大型的气体放电管，包括这样几部分；装有两个水冷电极的真空容器，真空系统，充气系统和直流电源(见图8-2)。阴极上安装靶材；阳极上安装基片，也就是镀膜的工件。两极之间的距离为5〜7cm2。工作压强为 5Pa左右。 图8-2 直流二极溅射装置 1-阳极 2-基片台 3-真空室 4-靶材 5-屏蔽罩 6-阳极 直流二极溅射，作为一种独立的镀膜工程已经被淘汰，但仍然在其他镀膜工程中作为辅助手段应用。例如，在磁控溅射之前，先用直流二极溅射的方式清洗基片。这时是以基片为阴极，使其受离子轰击，清除其表面吸附的气体和氧化物等污染层。这样处理以后，可以增强膜层与基片的结合强度。又如，直流二极型离子镀，就是由蒸镀配合直流二极溅射构成的。
于溅射放电时，阴极靶面所形成之阴极暗区（简称暗区）具有相当重要之影响，一般于施加负电压之阴极对阳极之溅镀室壁及基板（一般为接地形态）放电时，暗区之宽度约在10到30mm之间。 暗区宽度依气体压力而定，气体压力愈高（即真空度较差时），暗区宽度愈小。暗区太宽或太窄，对溅射镀膜，都无法达到最好的效果。 图2-2a即气体压力太高，暗区宽度变窄，放电介于靶材及阴极屏蔽之间。而靶材与阴极屏蔽（接地电位）间距离约在7mm以下，当靶材与屏蔽发生放电时，不仅产生不纯物沈积，于阴阳极间的绝缘材，而导致阴极阳极间之高电压短路，这是非常危险的。 图2-2c即当气体压力太低时，放电即很难产生，假使放电能产生，亦很难稳定。
第一节 溅射镀膜原理
一、直流二极溅射原理 直流二极溅射是利用直流辉光放电使气体电进，如图8-1所示。图8-1a是一个辉光放电管，其中装有两个电极，作为阴极和阳极。将管内抽真空，使其真空度达到10Pa左右，再加上几百伏的直流电压，就会产生辉光放电。辉光放电区域并不是均匀的。只要两个电极之间有足够的距离，就能观察到一些明暗程度不同的区域。这些区域主要是阴极暗区、负辉区、法拉第暗区和正辉区(图8-1a) 。 除阴极暗区以外，其他各个区域或者是等离子体区(阳极辉柱)，或者近似于等离子体区(负辉区和法拉第暗区)。等离子体之中存在大量自由电子，是一种良导体，因此加在放电管两极的电压，几乎毫无损失地通过各个等离子区，而全部加在阴极暗区。图8-1b是辉光放电区的电位分布。 图8-1 二极直辉光放电 a)辉光放电区的结构 1-阴极 2-阴极暗区 3-负辉区 4-法拉第暗区 5-阳极辉柱 6-阳极 b)辉光放电区的电位分布
溅射镀膜原理
溅射镀膜原理溅射镀膜是一种常见的表面处理技术，它通过溅射材料产生的离子和原子沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以用于制备光学薄膜、导电薄膜、防腐蚀膜等，具有广泛的应用前景。
下面我们来详细了解一下溅射镀膜的原理。
首先，溅射镀膜的原理基于溅射现象。
在溅射镀膜过程中，通过加速器产生的高能粒子轰击靶材，使得靶材表面的原子或分子被“溅射”出来，形成离子流。
这些离子流沉积在基底表面，最终形成薄膜。
溅射镀膜可以分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射等不同类型，但其基本原理都是相似的。
其次，溅射镀膜的原理还与靶材的材料密切相关。
不同的靶材材料会产生不同的离子流，从而形成不同性质的薄膜。
例如，使用金属靶材可以制备导电薄膜，而使用氧化物靶材则可以制备光学薄膜。
因此，在溅射镀膜过程中，靶材的选择对最终薄膜的性能具有重要影响。
此外，溅射镀膜的原理还与沉积过程和基底表面的准备密切相关。
在溅射镀膜之前，需要对基底表面进行清洁和处理，以确保薄膜的附着力和质量。
沉积过程中的工艺参数，如溅射能量、沉积速率、沉积角度等，也会影响薄膜的性能。
总的来说，溅射镀膜的原理是通过溅射材料产生的离子和原子沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备具有特定功能的薄膜，具有广泛的应用前景。
在实际应用中，需要根据具体的要求选择合适的靶材材料和工艺参数，以获得理想的薄膜性能。
通过对溅射镀膜原理的深入了解，我们可以更好地掌握这一表面处理技术的工作原理和应用特点，为相关领域的研究和应用提供理论支持和技术指导。
希望本文能够帮助读者更好地理解溅射镀膜原理，促进该领域的发展和应用。
溅射镀膜原理
溅射镀膜原理导语：溅射镀膜是一种常见的表面处理技术，通过高能离子束轰击或高频电弧放电等方式，将材料的原子或分子从靶材中剥离，然后沉积在基底表面，形成一层均匀致密的薄膜。
本文将从溅射镀膜的原理、应用以及未来发展等方面进行介绍。
一、溅射镀膜的原理溅射镀膜是一种物理气相沉积技术，其原理可简单描述为：在真空环境中，将被称为靶材的材料置于离子轰击源前，通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。
随后，这些高能粒子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面，形成一层薄膜。
溅射镀膜的原理主要包括以下几个方面：1. 高能离子轰击：通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。
这些高能粒子具有较高的动能，能够提供足够的动能给剥离源，使其从靶材中脱离。
2. 沉积过程：高能离子剥离出来的原子或分子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面。
在沉积过程中，这些原子或分子会在基底表面扩散并重新排列，形成一层均匀致密的薄膜。
3. 薄膜成核和生长：在沉积过程中，原子或分子首先会发生成核，形成一些微小的团簇。
随着沉积的继续，这些团簇会逐渐生长并融合，最终形成连续的薄膜。
二、溅射镀膜的应用溅射镀膜是一种广泛应用于材料科学和工程领域的表面处理技术。
它可以改善材料的性能、增强材料的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能，同时也可以调控材料的光学、电学和磁学性质。
以下是溅射镀膜在各个领域的应用举例：1. 光学薄膜：溅射镀膜可以用于制备具有特定光学性能的薄膜，如反射镜、透镜、滤光片等。
这些薄膜可以用于光学仪器、显示器件和光电子器件等领域。
2. 电子器件：溅射镀膜可以用于制备集成电路、薄膜晶体管和太阳能电池等电子器件。
通过控制溅射过程中的工艺参数和靶材成分，可以调控薄膜的电学性能，实现对器件性能的优化。
3. 金属涂层：溅射镀膜可以用于制备耐磨、耐腐蚀和耐高温的金属涂层，如刀具涂层、汽车零部件涂层和航空发动机涂层等。
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。
溅射镀膜的概念
溅射镀膜的概念
溅射镀膜（Sputtering）是一种常用的物理气相沉积技术，用于制备薄膜材料。
其原理是在真空室中，通过在靶材上施加高能粒子（如离子）束，使得靶材表面的原子被击出并沉积在基底上，形成薄膜。
在溅射镀膜过程中，靶材被称为源材料，其可以是单一元素或化合物。
当源材料暴露在高能粒子束中时，表面原子受到撞击而被剥离，并沉积在基底上。
这些被击出的原子在真空室中以粒子形式传输，并经过辊筒冷却、偏转等步骤，最终沉积在基底上。
通过控制沉积参数，如气体和施加的电场强度等，可以调节膜层的性质和厚度。
溅射镀膜技术具有广泛的应用，例如在半导体产业中用于制备金属薄膜、光学薄膜和磁性薄膜等。
薄膜的制备过程中可以对沉积条件进行调控，以获得特定的薄膜性质，例如调节薄膜的化学组成、晶体结构、厚度和粗糙度等。
溅射镀膜技术具有高质量、均匀性好、沉积速率可调节等优点，因此在微电子、光电子、传感器等领域得到广泛应用。
《真空溅射镀膜》课件
特点：薄膜厚度均 匀，附着力强，耐 腐蚀，耐磨损
应用：广泛应用于 电子、光学、机械、 化工等领域
发展：随着科技的 进步，真空溅射镀 膜技术也在不断发 展和完善
溅射现象和物理基础
溅射现象：高能粒子轰击固体表面，使表面原子或分子脱离表面，形成溅射粒子 物理基础：粒子与固体表面相互作用，产生能量交换和动量交换 溅射粒子的能量和动量：取决于粒子的质量、速度和角度 溅射粒子的沉积：溅射粒子在真空中飞行，最终沉积在基底上，形成薄膜
光学镀膜广泛应用 于眼镜、太阳镜、 手机屏幕、显示器、 汽车玻璃等领域。
光学镀膜可以提高 透光率、反射率、 散射率等光学性能 ，改善视觉体验。
光学镀膜还可以提 高基材的耐磨性、 耐腐蚀性、耐热性 等物理性能。
半导体产业
半导体制造：真空溅射镀膜在半导体制造中用于沉积薄膜，如金属薄膜、氧化物薄膜等
半导体封装：真空溅射镀膜在半导体封装中用于保护芯片，提高芯片的稳定性和可靠性
应用领域：溅射镀膜广泛应 用于电子、光学、机械等领
域
06
真空溅射镀膜质量检测 与控制
镀膜材料检Leabharlann 方法电子探针分析：分析镀膜的 化学成分和元素分布
光学显微镜观察：观察镀膜 表面的形貌和结构
X射线衍射分析：分析镀膜 的晶体结构和相组成
扫描电子显微镜观察：观察 镀膜表面的微观结构和缺陷
镀膜厚度测量和控制技术
电源稳定性：保证 电源的稳定性，避 免电压波动对设备 造成影响
电源保护：设置电 源保护装置，防止 电源故障对设备造 成损坏
控制和测量系统
控制系统：控制溅射镀膜过程的参 数，如温度、压力、气体流量等
反馈控制：根据测量结果调整控制 系统的参数，实现精确控制
溅射镀膜
溅射镀膜介绍一: 溅射镀膜应用:溅射镀膜主要用于半导体生产的金属薄膜的生长.如下图的金属层1到金属层6都是运用溅射镀膜所生产.溅射镀膜到形成所需的金属线的过程为：溅射镀膜--→光照显影--→蚀刻（形成金属连接线）二: 溅射镀膜原理溅射淀积（溅射）是另一种老工艺，能够适应现代半导体制造需要。
它几乎可以在任何衬底上淀积任何材料，而且广泛应用在人造珠宝涂层，镜头和眼镜的光学涂层的制造。
在真空反应室中，由镀膜所需的金属构成的固态厚板被称为靶材（target）（图1），靶材接阴极，衬底接阳极并接地。
首先将氩气充入室内，并且电离成正电荷。
带正电荷的氩离子被不带电的靶吸引，加速冲向靶。
在加速过程中这些离子受到引力作用，获得动量，轰击靶材。
这样在靶上就会出现动量转移现象（momentum transfer）。
正如在桌球，球杆把能量传递到其他球，使它们分散一样，氩离子轰击靶，引起其上的原子分散。
被氩离子从靶上轰击出的原子和分子进入反应室。
这就是溅射过程。
从靶上轰击出原材料之后，氩离子、轰击出的原材料、气体原子和溅射工艺所产生的电子在靶前方形成一个等离子区域。
等离子区是可见的，呈现紫色。
而黑色区域将等离子区和靶分开，我们称之为暗区（dark space）。
图1 溅射工艺的原理被轰击出的原子或分子散布在反应室中，其中一部分渐渐地停落在晶圆上，形成薄膜，溅射工艺的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发生化学或合成变化。
形成薄膜的过程有如下几个过程(图2所示):1长晶2 晶粒成长3 晶粒聚集4 缝隙填补5 沉积膜的成长图2 溅射工艺的原理三：溅射镀膜相对于真空蒸发优点：1 靶材的成分不会改变。
这种特征的直接益处就是有利于合金膜和绝缘膜的淀积。
合金真空蒸发的问题在前一部分已作描述。
对于溅射工艺来说，含有2%铜的铝靶材就可以在晶圆上生长出含有2%铜的铝薄膜。
2 阶梯覆盖度也可以通过溅射改良。
蒸发来自于点源，而溅射来自平面源。
因为金属微粒被从靶材各个点溅射出来的，所以在到达晶圆承载台时，它们可以从各个角度覆盖晶圆表面。
pvd磁控溅射镀膜原理
pvd磁控溅射镀膜原理宝子们，今天咱们来唠唠一个超酷的技术——PVD磁控溅射镀膜。
这玩意儿听起来是不是就很高级？但其实呀，理解起来也没那么难啦。
咱先说说啥是PVD，PVD就是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）的简称哦。
这就像是给东西穿上一层超级酷炫的外衣，不过这外衣可不是普通的布料，而是用物理的方法给镀上去的一层膜。
那磁控溅射镀膜呢？这可是PVD里的一个超厉害的方法。
想象一下啊，有一个真空的环境，就像一个超级神秘的小宇宙一样。
在这个真空环境里，有我们要镀膜的基底，这个基底就像是一个等着被打扮的小脸蛋一样。
然后呢，有一个靶材，这个靶材就是我们用来镀膜的材料，就好比是化妆用的粉底或者眼影的原料。
在这个真空小宇宙里，我们给这个系统加上一些特殊的条件。
这时候就有高能粒子登场啦，这些高能粒子就像是一群超级小的、精力旺盛的小精灵一样。
它们会冲向靶材。
当这些小精灵撞击到靶材的时候，就会把靶材表面的原子或者分子给撞得“晕头转向”的，然后这些被撞出来的原子或者分子就会像小雪花一样，飘飘悠悠地飞向基底。
然后就一层一层地落在基底上，慢慢地就形成了一层膜。
这就像是小雪花一片一片地堆积，最后就变成了一个白色的世界一样。
那磁控在这个过程里起到啥作用呢？磁控啊，就像是一个超级指挥家。
在这个真空环境里，有磁场的存在。
这个磁场就像是一个无形的大手，它能够控制那些高能粒子的运动轨迹。
有了这个磁场的指挥，那些高能粒子就能够更加高效地去撞击靶材啦。
就好比是一群调皮的小朋友，本来是到处乱跑的，但是有了老师（磁场）的指挥，就能够乖乖地朝着一个方向去做事情（撞击靶材）啦。
这个磁控溅射镀膜有好多厉害的地方呢。
比如说，它能够镀出非常均匀的膜。
这就好比是给小脸蛋涂粉底，涂得特别均匀，一点都不会一块厚一块薄的。
而且啊，它可以选择各种各样的靶材，就像你化妆的时候可以选择不同颜色的眼影一样。
你想要金色的膜，就用金做靶材；想要银色的，就用银做靶材。
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离子镀膜仪
溅射镀膜的特点
1价格低（国内拥有自主知识产权的话）。 2真空溅射加工的金属薄膜厚度只有0.5～2μm，绝对不影 响装配。 3真空溅射是彻底的环保制程，绝对环保无污染。 4欲溅射材料无限制, 任何常温固态导电金属及有机材料、 绝缘材料皆可使用（例：铜、铬、银、金、不锈钢、铝、氧 化矽SiO2等）。 5 被溅射基材几无限制（ABS、PC、PP、PS、玻璃、陶 瓷、epoxy resin等）。 6膜质致密均匀、膜厚容易控制。 7附著力强（ASTM3599方法测试4B）。 8可同时搭配多种不同溅射材料之多层膜。并且，可随客 户指定变换镀层次序。
图1直流两电极溅镀装置
三电极(四电极)溅射方法
三电极溅射装置就是在以前两电极的装置上 附加了第三电极的装置，第三电极作为生成等离子 用的电子供应源放出热电子。而又有时为了放射热 电子，使放电稳定化设置了稳定化电极，又称作四 电极溅射装置。金属的高速溅镀，制得了几十微米 厚的镀层。但是这种装置不能抑制靶材的高速电子 对基板(工件)的轰击，使得工件温度仍上升显著， 还有灯丝的寿命也是装置连续工作的障碍
溅射镀膜一般有以下几步：
1放置膜料及装入产品 2 抽真空：包括粗抽和精抽，一般真空度达到6.10-3以上； 3 辉光清洗：通入惰性气体（一般为Ar),真空度1Pa左右，打 开辉光清洗电源，清洗偏压及时间由素材表面状况及附着力 要求决定。 4 镀膜 5 破真空，取产品：镀膜完成后，（待工艺要求，有时候会 充入氩气冷却）对真空室充入大气，待达到大气压，打开真 空室门取出产品。
工件设在靶材的侧面，就可完全不受高速电子的轰击，保 证了它的低温。该法的研制成功使超高密度磁记录有了可 能。目前，利用这种小型装置可以溅射Fe、Ni、NIFe2O3 等磁性材料层，并且溅射速度比两电极方式快10~50倍，如 果把装置进一步大型化，还会进一步提高成膜速度。另外， 对于NIFe2O3等镀层的组成和材料靶的成份完全一样。
由于对于氧化铁、铍莫合金等磁性记录材料的低温、高速成膜要求， 研制出了对向靶溅射方式。如图3所示，把两块靶材相对布置，工件位 于靶的一侧，由线圈产生的外加磁场垂直地加在磁性材料靶的表面， 在这里磁场H和电场平行。这样就可以把Y电子封闭在两个靶之间的空 间里，并可促进气氛气体的离子化。因为工件设在靶材的侧面，就可 完全不受高速电子的轰击，保证了它的低温。该法的研制成功使超高 密度磁记录有了可能。
磁控管溅射方法
磁控管溅射法是加一个 与材料靶表面平行的磁场， 如图2：由于从靶面飞溅 出的高速电子被偏转而不 冲击工件，这就克服了由 电子冲击工件所引起的温 升，同时也促进了惰性气 体的离子化。因而可以在 10-3的低气压下，工件处 于100℃的条件下进行溅 射镀膜。
图2平面型磁控管溅射
对向靶溅射法
溅射镀膜及其应用简介
溅射镀膜
定义：利用高能离子冲击材料靶， 从其表面溅射出粒子并沉积在工件表面 上形成薄膜的方法。
溅射镀膜的基本方式及原理
溅射镀膜最基本的方法是两电极溅射法。镀 膜是在真空溅射槽内进行的，真空度要达10ⅹ103毛以上，充入一定量惰性气体，以材料靶作为 阴极，工件作为阳极，(见图1)在两电极间加上高 压使惰性气体电离， Ar+离子被阴极的负高压 (一500v)加速，以高速轰击材料靶，从靶面飞溅 出来的粒子以足够的速度飞向阳极工件并沉积在 其表面上，形成镀层
溅射镀膜的应用
这些镀膜方法中以磁控溅射应用最为广泛
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、半导体、显示屏等许多行业都有广泛 的应 用。在此对以上某几个方面的应用做简 单介绍。
图4 离子束溅射装置
优点:
( 1)高速电子完全不轰击工件，可以确保工 件处于低温。 (2)可以严格控制成膜条件。
(3)靶材即使是零电位亦可
溅射靶材
平面靶材利用率比较低，只有 30%左右， 溅射靶材 沿着环形跑道刻蚀。
靶材冷却与靶背板
◆靶功率密度与靶材冷却 靶功率越大，溅射速率越大； 靶允许的功率与靶材的性质及冷却有关； 靶材采用直接水冷，允许的靶功率高。 ◆靶背板 材质要求： 导热性好—常用无氧铜，无氧铜的导热性比紫铜好； 强度足够—太薄，容易变形，不易真空密封。 结构：空心或者实心结构—磁钢不泡或泡在冷水中； 厚度适—当太厚，消耗部分磁强；太薄，容易变形。
图3 对向靶溅射装置
离子束溅射法
在这以前叙述的溅射方式中，无论哪种都是把工件置于 等离子区中，因此在成膜的过程中，膜面总是会受到气氛气 体或载荷粒子的轰击，向工件射入的溅射粒子多次反复的和 等禽区中的气体原子或载荷粒子冲撞，由于扩散而到达工件， 它的能量根据工件的电位和等离子区电位而变化，因此，由 于等离子的状态，膜的性能会受到一定程度的影响。另外， 不能独立控制气氛气压，材料靶附加电压，放电电流等，也 就不可能严格控制成膜条件了。而采用把离化室和溅射室分 开的离子束溅射法(见图4)，就可以避免种影响，能更严格地 控制成膜条件和保证渡层的质量。这种结构由于离子束放射 到位于10-5高真空溅射室中的靶材上，溅射出拉子而沉积在 工件表面上