磁控濺射鍍膜設備原理及發(fā)展起源
2020-11-18 來(lái)自: 肇慶高要區恒譽(yù)真空技術(shù)有限公司 瀏覽次數:810
磁控濺射鍍膜設備的工作原理要從一開(kāi)始的“濺射現象”說(shuō)起。人們由起初發(fā)覺(jué)“濺射現象”發(fā)展至“濺射鍍膜”此間歷經(jīng)了相當長(cháng)的發(fā)展時(shí)間,濺射現象早在19世紀50年代的法拉第氣體放電實(shí)驗就已經(jīng)發(fā)現了。不過(guò)當時(shí)還只將此現象作為一種避免范疇的研究,認為這種現象是有害的。直到20世紀,才有人證明了沉積金屬是陰極被正離子轟擊才濺射出來(lái)的物質(zhì)。20世紀60年代時(shí)濺射制取的鉭膜出現。到了1965年出現同軸圓柱磁控濺射裝置和三級濺射裝置,20世紀70年代,平面磁控濺射鍍膜設備被研發(fā)出來(lái),實(shí)現了高速低溫濺射鍍膜,使濺射鍍膜一日千里,進(jìn)展飛快。
磁控濺射鍍膜設備的磁控濺射靶是采用靜止電磁場(chǎng),而磁場(chǎng)是曲線(xiàn)型的,對數電場(chǎng)用于同軸圓柱形靶;均勻電場(chǎng)用于平面靶;S-槍靶則位于兩者間。各部分的原理是一樣的。
電子受電場(chǎng)影響而加速飛向基材,在此過(guò)程中跟氬原子觸發(fā)碰撞。如果電子本身足夠30eV的能量的話(huà),則電離出Ar同時(shí)產(chǎn)生電子。電子依舊飛向基材,而Ar受電場(chǎng)影響會(huì )移動(dòng)到陰極(也就是濺射靶),同時(shí)用一種高能量轟擊靶的表面,也就是讓靶材發(fā)生濺射。
在這些濺射粒子中,中性的靶分子或原子會(huì )沉積在基片上而成膜;而二次電子在加速飛向基材時(shí),在磁場(chǎng)的洛侖茲力影響之下,呈現螺旋線(xiàn)狀與擺線(xiàn)的復合形式在靶表面作一系列圓周運動(dòng)。該電子不但運動(dòng)路徑長(cháng),還是被電磁場(chǎng)理論束縛在靠近靶表面的等離子體區域范圍內。于此區內電離出大量的Ar對靶材進(jìn)行轟擊,所以說(shuō)磁控濺射鍍膜設備的沉積速率高。
電子能量會(huì )逐漸變弱,電子也慢慢遠離靶面。低能電子會(huì )沿著(zhù)磁力線(xiàn)來(lái)回振蕩,直至電子能量快耗盡的時(shí)候,受電場(chǎng)影響而終會(huì )沉積于基材上。
因為該電子的能量較弱,所以傳給基材的能量較低,基材的溫升作用不大。位于磁極軸線(xiàn)處的電場(chǎng)跟磁場(chǎng)相互間平行,第二類(lèi)電子將直接飛向基片。但是,在磁控濺射鍍膜設備中,磁極軸線(xiàn)處離子電流密度低,所以對于第二類(lèi)包括電子數據很少,讓基片溫升效果較差。
磁控濺射鍍膜設備的基本原理是通過(guò)磁場(chǎng)使電子運動(dòng)的方向改變,通過(guò)對電子的運動(dòng)路徑的延長(cháng)及區域范圍束縛,來(lái)增加電子的電離概率,好地使電子的能量利用更有效。這便是磁控濺射技術(shù)的“高速”和“低溫”的特性機理。設備始于1974年時(shí)J. chapin的研發(fā)成果,當時(shí)磁控濺射鍍膜設備一經(jīng)研發(fā),其相較于別的鍍膜工藝顯得優(yōu)越性較為突出,設備適用范圍極廣,可在任何基材上鍍上任何物料的膜層。