溅射镀膜原理及其应用案例实例.ppt

磁控溅射常见问题 阳极消失 “打火” “靶中毒” 内应力 靶材成分偏离 砂孔 溅射镀膜的步骤 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6.0-3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。 磁控溅射工业应用 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。 1. 装饰镀 1.1 装饰镀材料（基材） 金属：SUS、钢基合金、锌基合金等； 玻璃、陶瓷； 塑料：ABS、PVC、PC、尼龙等； 柔性材料：布，泡沫塑料、钢带等。 1.2 装饰膜种类 金属基材装饰镀膜层：TiN、ZrN、TiC、CrNx、TiCN、CrCN、TiOx等 玻璃、陶瓷装饰镀膜层：Au、Cr、TiN、ZrN等 塑料基材装饰镀膜层：Al、Cu、SUS、ITO、TiO2等 柔性材料装饰镀膜层： Al、ITO、TiO2等 磁控溅射镀膜及其应用 曹达华 2009.06.11 QQ MSN:caodahua@ 溅射原理 溅射原理 1. 先让惰性气体（通常为Ar气）产生辉光放电现象产生带电的离子； 2. 带电离子经电场加速后撞击靶材表面，使靶材原子被轰击而飞出来，同时产生二次电子，再撞击气体原子从而形成更多的带电离子； 3. 靶材原子携带着足夠的动能到达被镀物(基材)的表面进行沉积。 溅射原理 溅射沉积示意图 溅射原理示意图 溅射原理 直流辉光放电的电压电流密度关系图 溅射示意图 溅射原理 巴邢曲线 击穿电压UB：形成“异常辉光放电”的关键是击穿电压UB。UB主要取决于二次电子的平均自由程和阴阳极之间的距离。为了引起最初的“雪崩”，每个二次电子必须产生出约10～20个离子。若气压太低或者极间距离太小，二次电子撞到阳极之前，无法达到所需的电离碰撞次数。若气压太高或极间距离太大，气体中形成离子将因非弹性碰撞而减速，以至于当轰击阴极时，已无足够的能量产生二次电子。 巴邢曲线 溅射原理 辉光电位分布示意图 溅射原理 磁控溅射原理 磁控溅射具有以下两大优点：提高等离子密度，从而提高溅射速度；减少轰击零件的电子数目，因而降低了基材因电子轰击的温升。因此，该技术在薄膜技术中占有主导地位。 磁控溅射阴极的最大缺点是：使用平面靶材是，靶材在跑道区形成溅射沟道，这沟道一旦贯穿靶材，则整块靶材即报废，因而靶材的利用率只有20-30%。不过，目前为了避免这个缺点，很多靶材采用圆柱靶材形式，靶材利用率得以大幅度提高。 矩形平面靶安装结构示意图 磁控溅射原理 平衡磁场磁控溅射 非平衡磁场磁控溅射 磁控溅射原理 孪生靶磁场分布示意图 磁控溅射原理 封闭非平衡磁场示意图 溅射靶材 溅射靶材按形状分类：矩形平面靶才、圆形平面靶才、圆柱靶材； 溅射靶材按成分分类：单质金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材； 溅射靶材 溅射靶材 溅射靶材 平面靶材利用率比较低，只有30%左右，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。