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            淺析影響磁控濺射鍍膜結構和質量的主要因素-項目案例-污水池加蓋-反吊膜|膜加蓋-除臭加蓋-膜結構公司-上海華喜膜結構工程有限公司
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            淺析影響磁控濺射鍍膜結構和質量的主要因素

            發布時間:2019年9月18日 點擊數:2522

            引言:磁控濺射的基本原理是F.M.Penning在1939年首先提出來的, 這一原理應用于平面磁控濺射是1972年J.S.Chapin首先提出的。磁控濺射鍍膜是科研和工業應用最廣泛的鍍膜技術之一。濺射鍍膜是在真空室中, 利用低壓放電現象, 使正離子撞擊靶原子, 濺射出的靶原子朝一定方向射向基片, 在基片上沉積成薄膜。

            一、磁控濺射基本原理

            磁控濺射鍍膜的基本原理是采用類似于正交電磁場的特殊分布, 通過正交電場和磁場控制電子的運動軌跡, 使得電子在正交電磁場中變成了螺旋線或擺線運動, 以增加電子與氣體分子碰撞的概率, 增加成膜效率。

            在真空室和靜止的電磁場中, 電子在電場力的作用下加速飛行過程中, 利用低電氣體放電現象, 與真空中氬原子發生碰撞, 電離出Ar+并產生電子, 正離子Ar+在電場中加速獲得足夠的能量, 加速飛向陰極濺射靶并以高能量轟擊靶表面, 使靶材發生濺射。這些被濺射出來的原子帶有一定的動能, 并沿一定的方向射向基片, 中性的靶原子 (或分子) 沉積在基片上形成薄膜。在磁場B洛倫茲力的作用下, 二次電子e1以螺旋線或擺線等形式在加速飛向基片時, 被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內, 在靶表面作圓周運動, 運動路徑很長, 有效地提高了電子碰撞和電離的效率。隨著電子e1與真空中氬原子碰撞次數的增加, 能量逐漸降低, 低能量的電子e1將如圖中e3運動規跡, 沿磁力線來振蕩, 最終在電場作用下沉積在基片上。因為此時電子的能量已很低, 所以沉積到基片上后基片溫升也較低。

            磁控濺射工作原理圖

            二、磁控濺射鍍膜實驗

            實驗儀器:采用程控復合真空計, 濺射鍍膜系統 (濺射靶, 基片架, 濺射氣體配氣) , 氣體質量氣流計。

            驗驗步聚:1.先利用洗潔精, 丙酮等物質清洗玻璃基片;2.然后通過機械泵將氣體環境抽成低真空狀態 (10 Pa) ;3.到達10Pa后利用分子泵將環境達到高真空水平 (4.8×Pa) , 此時閥門擋板處于打開狀態;4.接下來關閉閥門擋板, 通入氬氣, 調節壓強至1.9Pa, 打開實驗電源, 調節電流電壓以及靶磁場電流, 通電;5.打開薄膜厚度檢測儀, 觀察薄膜厚度, 等待5分鐘, 清理儀器內的氧化物;6.調節儀器內溫度至300℃;7.打開金屬擋板, 開始濺射, 至濺射到相應厚度后;8.調節氣壓, 觀察濺射速度;9.調節電流, 觀察濺射速度;10.調節靶磁場電流, 觀察濺射速度;11.取出, 利用超聲波清洗基片, 觀察鍍層堅硬程度;12.重復以上步驟, 但在室溫下進行鍍膜, 記錄相應實驗數據 (如下) 。

            三、影響磁控濺射鍍膜因素分析

            由實驗結果可知, 氣壓與銅膜的生成速率成負相關, 濺射電流與銅膜的生成速率成正相關, 基片溫度越高, 生成的銅膜越致密。

            濺射氣壓是影響薄膜結構和性能的主要因素之一。濺射氣壓對生長速率的影響要綜合考慮分子平均自由程和濺射靶-基片間距的大小。當分子平均自由程大于靶與基片的間距時, 增加濺射氣壓可提高薄膜生長速率;當分子平均自由程小于靶與基片的間距時, 增加濺射氣壓會降低薄膜的生長速率。由氣體分子動力學可知氣體分子平均自由程λ可表示為:式中, k為波爾茲曼常數, n為氣體分子密度, T為溫度, P為壓強為氣體分子有效直徑。當壓強單位取帕時, λ的單位為米。在較高的濺射氣壓下, 被濺射出來的粒子隨著碰撞次數的增加, 平均自由程降低, 能夠到達基片的粒子的能量降低, 不利于形成致密、結晶性好的薄膜。合適的濺射氣壓可以制備出質量好的薄膜。

            隨著濺射電流的增加, 單位時間內電子流量增加, 氬離子量增多, 使單位時間內濺射出的靶原子增多, 銅膜生成速率增大。與室溫相比, 300度高溫下銅膜的致密程度較高, 不易破損。

            基片溫度對薄膜結構有較大影響。因為基片溫度高, 使吸附原子的動能隨著增大, 跨越表面勢壘的幾率增多, 容易結晶化, 并使薄膜缺陷減少, 薄膜內應力也相應減小;瑴囟鹊, 薄膜不易結晶, 易形成無定形結構的薄膜。但基片溫度過高時會出現大顆晶粒, 使膜層表面粗糙, 也會影響薄膜性能。

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