手机版
化工仪器网手机版
化工仪器网小程序
官方微信
公众号：chem17
扫码关注视频号
磁控溅射镀膜是一种广泛应用于薄膜沉积的技术，尤其在半导体、光学薄膜、电池、显示屏等领域中得到了广泛应用。其原理基于溅射效应，在高能粒子的轰击下，靶材原子或分子被激发并溅射到基材表面，形成薄膜。磁控溅射技术通过在溅射过程中引入磁场来增强离子化效应，提高溅射效率，从而在较低的工作压力和较高的膜质量要求下得到优异的镀膜效果。
一、溅射原理
溅射（Sputtering）是指当高能离子（如氩离子）轰击靶材表面时，靶材中的原子或分子被激发并从靶面弹出，这个过程叫做溅射。通常，溅射过程在真空环境中进行，氩气（Ar）是常用的溅射气体，因为氩气具有较高的质量、惰性以及较易离子化的特性。
溅射过程可以分为三个主要阶段：
1.离子化和加速阶段：电源施加电压，氩气在电场的作用下离子化，形成氩离子（Ar+）。这些离子被加速并指向靶材。
2.碰撞与溅射阶段：加速后的氩离子撞击靶材表面，传递能量给靶材中的原子，导致靶材原子从靶面弹射出来。
3.薄膜沉积阶段：溅射出的靶材原子（或者在某些情况下是分子）被传送到基材表面，最终形成均匀的薄膜。
二、磁控溅射原理
磁控溅射技术的核心在于利用外加磁场来增强溅射过程的效率。为了更好地理解磁控溅射原理，我们需要了解磁场对等离子体的作用。
在传统的溅射过程中，离子源是通过直接的电场加速氩离子，然而，由于离子迁移速率较快，一部分离子并未直接与靶材发生碰撞，导致溅射效率低下。磁控溅射技术通过在溅射室内施加一个环形磁场，使得电子在磁场作用下沿着螺旋轨迹移动，增加了电子与气体分子的碰撞机会，从而增强了等离子体的离子化程度。
1.磁场的作用：磁场使得电子在靶材表面附近形成闭合回路，延长了电子在靶材表面附近的停留时间，从而增加了离子化过程的频率。这样可以在较低的气压下获得更高密度的等离子体。
2.等离子体密度增加：通过磁场的作用，等离子体的密度增加，更多的氩离子被加速到靶材表面，从而提高了靶材的溅射效率和薄膜的沉积速率。
三、磁控溅射过程
磁控溅射镀膜过程可以分为几个关键步骤：
1.真空环境的准备：首先，系统会通过真空泵将溅射室抽至低压状态，这通常是几十到几百毫托（mTorr）之间的低气压。此时，氩气或其他气体被引入溅射室，作为溅射的工作气体。
2.电场与磁场的应用：外部电源施加电压，通过电场加速氩气离子，同时在靶材附近施加一个环形磁场。这个磁场可以使电子在靶材周围的区域形成稳定的轨道，增强电子的碰撞机会，从而提升溅射效率。
3.靶材的溅射与薄膜沉积：氩离子轰击靶材表面，使靶材原子或分子脱离并向基材表面沉积。这些沉积的原子在基材表面形成薄膜。根据材料的不同，薄膜的厚度、结构和性质也有所不同。
4.薄膜控制：通过调节工作气体的种类、压力、电压以及靶材与基材之间的距离，可以控制沉积薄膜的厚度、均匀性、组织结构等特性。
四、磁控溅射的优势与应用
磁控溅射技术相较于传统的溅射技术具有以下优势：
1.较高的溅射效率：由于磁场的作用，离子化过程更加高效，溅射速度更快，从而提高了薄膜沉积的速率。
2.低温沉积：与其他薄膜沉积技术（如热蒸发）相比，磁控溅射在较低的基材温度下也能得到高质量的薄膜，因此对于一些热敏感材料具有优势。
3.膜质量：磁控溅射能够获得较为均匀的薄膜，且膜的结构通常较为致密，具有较好的附着力和抗磨损性。
磁控溅射的应用领域极其广泛，主要包括：
-半导体行业：用于制造集成电路、微电子器件等。
-光学薄膜：用于制造镜面、抗反射膜、光学滤波器等。
-显示技术：如液晶显示（LCD）、OLED显示器中的薄膜沉积。
-硬质涂层：用于工具、模具、装饰品等表面处理，提升硬度和耐磨性。
免责声明
- 凡本网注明“来源：化工仪器网”的所有作品，均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-化工仪器网合法拥有版权或有权使用的作品，未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：化工仪器网”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
- 本网转载并注明自其他来源（非化工仪器网）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。
- 如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
采购中心
