磁控濺射報(bào)告.ppt

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1、磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用 姓 名 程 凱 學(xué) 號(hào) 10076149128 指 導(dǎo) 老 師 李 麗 內(nèi)容大綱01 0203 04磁 控 濺 射 簡(jiǎn) 介 及 其 工 作 原 理磁 控 濺 射 的 特 點(diǎn)影 響 磁 控 濺 射 工 藝 穩(wěn) 定 性 的 因 素磁 控 濺 射 的 發(fā) 展 及 應(yīng) 用 前 景 磁控濺射簡(jiǎn)介及其工作原理01 1.1、磁控濺射簡(jiǎn)介 由 于 現(xiàn) 代 科 技 發(fā) 展 的 需 求 ， 真 空 鍍 膜 技 術(shù) 得 到 了迅 猛 發(fā) 展 。 真 空 薄 膜 技 術(shù) 可 改 變 工 件 表 面 性 能 ， 提 高工 件 的 耐 磨 損 、 抗 氧 化 、 耐 腐 蝕 等 性 能 ， 延 長(zhǎng)

2、工 件 使用 壽 命 ， 具 有 很 高 的 經(jīng) 濟(jì) 價(jià) 值 。 磁 控 濺 射 技 術(shù) 可 制 備超 硬 膜 、 耐 腐 蝕 摩 擦 薄 膜 、 超 導(dǎo) 薄 膜 、 磁 性 薄 膜 、 光學(xué) 薄 膜 ， 以 及 各 種 具 有 特 殊 功 能 的 薄 膜 ， 是 一 種 十 分有 效 的 薄 膜 沉 積 方 法 ， 在 工 業(yè) 薄 膜 制 備 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 非常 廣 泛 。 1.1 磁控濺射簡(jiǎn)介 JCP-500M3磁 控 濺 射 沉 積 系 統(tǒng) 1.1 磁控濺射簡(jiǎn)介 1.2、磁控濺射的工作原理 磁 控 濺 射 鍍 膜 的 原 理 如 圖 2 所 示 ， 濺射 靶 材 處 于 負(fù) 高 壓

3、 電 位 ， 因 此 產(chǎn) 生 的 電 場(chǎng)方 向 如 圖 2 中 E 所 示 。 濺 射 靶 背 面 是 永 磁鐵 ， 產(chǎn) 生 如 圖 中 所 示 的 磁 場(chǎng) 。 電 場(chǎng) 與 磁 場(chǎng)正 交 。 在 兩 極 之 間 加 上 電 流 電 壓 ， 產(chǎn) 生 輝光 放 電 現(xiàn) 象 ， 產(chǎn) 生 的 電 子 在 電 場(chǎng) E 的 作 用下 ， 飛 向 處 于 陽(yáng) 極 位 的 基 片 ， 在 途 中 與 氬原 子 碰 撞 ， 使 氬 原 子 發(fā) 生 電 離 產(chǎn) 生 Ar+和 新的 電 子 ， Ar+帶 正 電 ， 在 電 場(chǎng) 作 用 下 加 速 飛往 處 于 負(fù) 高 壓 的 濺 射 靶 ， 轟 擊 靶 材 ， 使

4、 靶 材 發(fā) 生 濺 射 ， 被 濺 射 出 來(lái) 的 靶 原 子 飛 向 基片 ， 并 最 終 沉 積 到 基 片 上 形 成 薄 膜 。 1.2、磁控濺射的工作原理 Ar原 子 產(chǎn) 生 的 新 電 子 ， 稱 為 二次 電 子 。 二 次 電 子 與 初 始 電 子 由 于同 時(shí) 受 到 電 場(chǎng) 力 和 磁 場(chǎng) B 的 洛 倫 茲力 的 作 用 ， 在 靶 材 附 近 圍 繞 磁 力 線做 螺 旋 運(yùn) 動(dòng) ， 因 此 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡大 大 加 長(zhǎng) ， 從 而 與 氬 原 子 碰 撞 的 幾率 也 大 大 增 加 ， 通 過(guò) 碰 撞 產(chǎn) 生 更 多的 Ar+轟 擊 靶 材 ， 從

5、而 大 大 提 高 了濺 射 速 率 。 二 次 電 子 在 經(jīng) 過(guò) 多 次 碰撞 后 能 量 逐 漸 降 低 ， 同 時(shí) 逐 漸 遠(yuǎn) 離靶 材 ， 在 電 場(chǎng) E 的 作 用 下 ， 沉 積 到 基 片 上 ， 由 于 此 時(shí) 電 子 的 能 量 很 低 ，避 免 了 電 子 轟 擊 基 片 使 基 片 的 溫 度升 高 。 1.2、磁控濺射的工作原理 ILC系 列 連 續(xù) 式 ITO導(dǎo) 電 玻 璃 磁 控 濺 射 鍍 膜 生 產(chǎn) 線 磁控濺射的特點(diǎn)Click here to add your title2 2.1、 磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn) 1、 可 制 備 成 靶 材 的 各 種 材 料 均

6、可 作 為 薄 膜 材 料 ， 包括 各 種 金 屬 、 半 導(dǎo) 體 、 鐵 磁 材 料 ， 以 及 絕 緣 的 氧 化物 、 陶 瓷 、 聚 合 物 等 物 質(zhì) ； 2、 磁 控 濺 射 可 制 備 多 種 薄 膜 ， 不 同 功 能 的 薄 膜 ， 還可 沉 積 組 分 混 合 的 混 合 物 、 化 合 物 薄 膜 ； 3、 磁 控 濺 射 等 離 子 體 阻 抗 低 ， 從 而 導(dǎo) 致 了 高 放 電 電流 ， 在 約 500 的 電 壓 下 放 電 電 流 可 從 1 到 100（ 取 決 于 陰 極 的 長(zhǎng) 度 ） ； 4、 成 膜 速 率 高 ， 沉 積 速 率 變 化 范 圍

7、可 從 1nm/s到10nm/s； 2.1、 磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn) 5、 成 膜 的 一 致 性 好 ， 甚 至 是 在 數(shù) 米 長(zhǎng) 的 陰 極 濺 射 的情 況 下 ， 仍 能 保 證 膜 層 的 一 致 性 ； 6、 基 板 溫 升 低 ， 受 到 正 交 電 場(chǎng) 和 磁 場(chǎng) 共 同 作 用 的 電子 ， 在 能 量 基 本 耗 盡 時(shí) ， 才 沉 積 到 基 片 上 ， 避 免 了基 片 的 溫 度 上 升 ； 7、 濺 射 出 來(lái) 的 粒 子 能 量 約 為 幾 十 電 子 伏 特 ， 成 膜 較為 致 密 ， 且 薄 膜 與 基 片 的 附 著 力 強(qiáng) ， 薄 膜 的 牢 固 度很 強(qiáng)

8、 ； 8、 尤 其 適 合 大 面 積 鍍 膜 ， 沉 積 面 積 大 膜 層 比 較 均 勻 。 2.1、 磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn) 2.1、 磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn) 磁 控 濺 射 鍍 膜 成 品 展 示 2.1、 磁控濺射技術(shù)的特點(diǎn) 美 國(guó) 磁 控 濺 射 鍍 膜 太 陽(yáng) 膜 影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素 磁 控 濺 射 鍍 膜 工 藝 中 的 薄 膜 厚 度 均 勻 性 、 薄 膜的 成 膜 質(zhì) 量 、 濺 射 速 率 等 方 面 的 問(wèn) 題 是 實(shí) 際 生 產(chǎn) 中十 分 關(guān) 注 的 。 影 響 這 些 工 藝 穩(wěn) 定 性 的 因 素 主 要 有 濺射 功 率

9、、 氣 體 壓 力 與 氬 氣 純 度 、 靶 與 基 片 的 距 離 、磁 場(chǎng) 的 強(qiáng) 度 與 分 布 、 基 片 的 溫 度 與 清 潔 度 等 因 素 。了 解 并 掌 握 這 些 因 素 可 以 幫 助 快 速 找 到 故 障 的 原 因及 解 決 方 法 。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素1、 濺 射 功 率 的 影 響 濺 射 功 率 的 增 加 會(huì) 提 高 膜 厚 的 均 勻 性 、 濺 射 速 率 ，隨 著 濺 射 功 率 的 增 加 ， 等 離 子 體 的 面 積 增 大 ， 因 此 膜層 的 均 勻 性 會(huì) 提 高 。 功 率 的 增 大 ， 能 提 高 氬 氣 的 電

10、離度 ， 增 大 濺 射 出 的 靶 材 原 子 數(shù) 量 ， 從 而 提 高 了 濺 射 速率 。 而 這 些 靶 原 子 帶 有 很 高 的 能 量 淀 積 到 基 片 上 ， 因此 能 提 高 靶 材 原 子 與 基 片 的 附 著 力 和 薄 膜 的 致 密 度 。從 而 提 高 了 薄 膜 的 成 膜 質(zhì) 量 。 但 是 過(guò) 高 的 功 率 會(huì) 造 成原 子 帶 有 過(guò) 高 的 能 量 轟 擊 基 片 ， 二 次 電 子 也 相 應(yīng) 增 多 ，這 都 會(huì) 造 成 基 片 溫 度 過(guò) 高 ， 會(huì) 降 低 薄 膜 成 膜 質(zhì) 量 與 濺射 速 率 。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素2、

11、靶 基 距 的 影 響 在 靶 基 距 較 小 時(shí) ， 薄 膜 質(zhì) 量 較 高 、 濺 射 速 率 比 較高 ， 但 膜 層 均 勻 性 很 差 。 增 大 靶 基 距 ， 薄 膜 質(zhì) 量 與 濺射 速 率 會(huì) 減 低 ， 膜 層 均 勻 性 會(huì) 提 高 ， 因 此 合 適 的 靶 基距 是 保 證 工 藝 穩(wěn) 定 性 的 重 要 因 素 。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素 3、 氣 體 壓 力 與 氬 氣 的 影 響 在 氣 體 壓 力 很 低 的 情 況 下 ， 可 以 電 離 的 氬 氣 很 少 ， 轟 擊 靶材 的 Ar+也 很 少 ， 因 此 濺 射 速 率 很 低 ， 甚 至 可

12、 能 無(wú) 法 起 輝 。 隨 著氣 體 壓 力 的 增 大 ， 氬 氣 的 濃 度 增 大 ， 被 濺 射 出 的 靶 材 原 子 在 飛 向基 片 的 過(guò) 程 中 ， 與 這 些 氣 體 碰 撞 的 幾 率 變 大 ， 靶 材 原 子 的 分 布變 得 均 勻 ， 從 而 能 提 高 膜 層 的 均 勻 性 。 同 時(shí) Ar+密 度 隨 著 氬 氣 濃度 增 大 而 增 大 ， 濺 射 出 來(lái) 的 靶 原 子 也 會(huì) 增 加 ， 從 而 增 大 了 濺 射 速率 。 但 是 氣 體 壓 力 過(guò) 大 會(huì) 降 低 濺 射 速 率 與 成 膜 質(zhì) 量 ， 因 為 過(guò) 大 的氣 體 壓 力 會(huì) 增

13、大 靶 材 原 子 與 氣 體 的 碰 撞 次 數(shù) ， 靶 材 原 子 損 失 大 量能 量 ， 使 得 沉 積 到 基 片 上 的 原 子 的 能 量 過(guò) 低 ， 從 而 影 響 膜 層 的 附 著 力 與 致 密 性 。 同 時(shí) 過(guò) 大 的 氣 體 壓 力 會(huì) 造 成 氬 離 子 的 平 均 自 由 程的 降 低 ， 與 氣 體 分 子 碰 撞 的 次 數(shù) 過(guò) 多 ， 也 會(huì) 導(dǎo) 致 沉 積 速 率 的 降 低 。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素4、 磁 場(chǎng) 的 影 響 磁 場(chǎng) 不 均 勻 會(huì) 使 薄 膜 的 均 勻 性 變 差 ， 磁 控 濺 射 的基 本 原 理 就 是 通 過(guò) 磁

14、場(chǎng) 來(lái) 延 長(zhǎng) 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 ， 盡 可能 的 與 氬 原 子 發(fā) 生 碰 撞 ， 在 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 的 地 方 產(chǎn) 生 的 Ar+離 子 多 ， 轟 擊 出 的 靶 材 原 子 也 比 較 多 ， 基 片 上 膜 層 就比 較 厚 ， 反 之 磁 場(chǎng) 弱 的 地 方 ， 膜 層 較 薄 。 顯 然 ， 磁 場(chǎng)的 強(qiáng) 弱 也 會(huì) 影 響 沉 積 速 率 ， 磁 場(chǎng) 強(qiáng) 沉 積 速 率 高 ， 反 之 ，沉 積 速 率 低 。 3、影響磁控濺射工藝穩(wěn)定性的因素5、 基 片 溫 度 與 清 潔 度 的 影 響 合 適 的 基 片 溫 度 能 提 高 薄 膜 的 附 著 力 與 淀 積

15、速 度 ， 這 個(gè) 需 要 根 據(jù) 不同 的 靶 材 摸 索 具 體 的 溫 度 。 薄 膜 的 成 核 長(zhǎng) 大 過(guò) 程 很 復(fù) 雜 ,是 一 個(gè) 非 平 衡過(guò) 程 ,包 括 氣 相 原 子 的 沉 積 和 基 底 表 面 吸 附 原 子 的 再 蒸 發(fā) 過(guò) 程 。 實(shí) 際 的生 長(zhǎng) 過(guò) 程 總 是 以 一 定 速 率 生 長(zhǎng) ,沉 積 率 大 于 再 蒸 發(fā) 率 。 其 他 工 藝 條 件 不變 ,在 熱 蒸 發(fā) 鍍 膜 中 如 果 基 底 溫 度 不 斷 增 大 ,沉 積 速 率 是 減 小 的 ,因 為 熱蒸 發(fā) 鍍 膜 ,沉 積 原 子 之 間 以 物 理 吸 附 為 主 ,隨 著 基

16、 底 溫 度 增 大 再 蒸 發(fā) 率 會(huì)不 斷 增 大 。 而 在 磁 控 濺 射 中 ,氣 相 沉 積 原 子 能 量 很 大 ,磁 控 濺 射 原 子 能 量為 熱 蒸 發(fā) 原 子 能 量 的 10倍 到 幾 十 倍 ， 有 可 能 在 基 底 表 面 引 起 一 定 的 化 學(xué)鍵 斷 裂 重 組 ,在 基 底 溫 度 逐 漸 增 大 的 過(guò) 程 中 ,使 化 學(xué) 吸 附 反 應(yīng) 過(guò) 程 加 快 , 由 于 基 底 溫 度 仍 然 在 較 小 范 圍 內(nèi) 不 能 使 化 學(xué) 吸 附 的 原 子 再 蒸 發(fā) 率 增 大 ,沉 積 率 大 于 再 蒸 發(fā) 率 ， 從 而 使 沉 積 速 率 增

17、 大 。 基 片 的 清 潔 度 對(duì) 基 片 與 薄膜 的 附 著 力 的 影 響 很 大 ， 因 此 做 好 基 片 與 真 空 腔 體 的 清 潔 工 作 十 分 重 要 。 磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景4 4、磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景 隨 著 工 業(yè) 的 需 求 和 表 面 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 新 型 磁 控 濺 射如 高 速 濺 射 、 自 濺 射 等 成 為 目 前 磁 控 濺 射 領(lǐng) 域 新 的 發(fā) 展趨 勢(shì) 。 高 速 濺 射 能 夠 得 到 大 約 幾 個(gè) m/min 的 高 速 率 沉 積 ，可 以 縮 短 濺 射 鍍 膜 的 時(shí) 間 ， 提 高 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 效 率

18、； 有 可能 替 代 目 前 對(duì) 環(huán) 境 有 污 染 的 電 鍍 工 藝 。 當(dāng) 濺 射 率 非 常 高 ， 以 至 于 在 完 全 沒(méi) 有 惰 性 氣 體 的 情況 下 也 能 維 持 放 電 ， 即 是 僅 用 離 化 的 被 濺 射 材 料 的 蒸 汽來(lái) 維 持 放 電 ， 這 種 磁 控 濺 射 被 稱 為 自 濺 射 。 被 濺 射 材 料的 離 子 化 以 及 減 少 甚 至 取 消 惰 性 氣 體 ， 會(huì) 明 顯 地 影 響 薄膜 形 成 的 機(jī) 制 ， 加 強(qiáng) 沉 積 薄 膜 過(guò) 程 中 合 金 化 和 化 合 物 形 成 中 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 。 由 此 可 能 制 備 出

19、 新 的 薄 膜 材 料 ， 發(fā) 展新 的 濺 射 技 術(shù) ， 例 如 在 深 孔 底 部 自 濺 射 沉 積 薄 膜 。 4、磁控濺射的發(fā)展及應(yīng)用前景 磁 控 濺 射 技 術(shù) 已 經(jīng) 在 我 國(guó) 的 建 材 、 裝 飾 、 光 學(xué) 、 防腐 蝕 、 工 磨 具 強(qiáng) 化 等 領(lǐng) 域 得 到 比 較 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 利 用 磁控 濺 射 技 術(shù) 進(jìn) 行 光 電 、 光 熱 、 磁 學(xué) 、 超 導(dǎo) 、 介 質(zhì) 、 催 化等 功 能 薄 膜 制 備 是 當(dāng) 前 研 究 的 熱 點(diǎn) 。 防 腐 蝕 、 高 硬 度 薄 膜 在 提 高 石 油 機(jī) 械 的 性 能 、 壽 命等 方 面 能 夠 發(fā) 揮 重 要 作 用 ,低 摩 擦 系 數(shù) 、 潤(rùn) 滑 、 防 泥 包 、催 化 、 光 學(xué) 等 功 能 薄 膜 應(yīng) 用 于 石 化 行 業(yè) 時(shí) 有 望 大 幅 度 提高 工 作 效 率 、 產(chǎn) 品 品 質(zhì) 以 及 環(huán) 保 、 安 全 性 等 。 伴 隨 者 新型 磁 控 濺 射 技 術(shù) 及 工 藝 的 發(fā) 展 、 應(yīng) 用 ,石 油 、 化 工 行 業(yè)對(duì) 提 高 生 產(chǎn) 效 率 、 環(huán) 保 、 安 全 性 等 需 求 的 增 加 ,磁 控 濺射 技 術(shù) 對(duì) 石 油 化 工 領(lǐng) 域 的 重 要 性 將 不 斷 增 大 。 觀謝 看謝