磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例（薄膜物理大作业论文）
班级：1035101班
学号：1101900508
姓名：孙静
一、前言
镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜，使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。自七十年代开始，在世界发达国家和地区，传统的单一采光材料—普通建气琳璃，已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代，如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目，发展也颇为迅速，如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃，美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年，在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区，镀膜玻璃的使用也日渐盛行。镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。
目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。
浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中，取出后送人炉中加热，去除有机物，从而形成了金属氧化物膜层。由于浸渍法使玻璃两边涂膜，且低边部膜层较厚，同时可供水解盐类不多，因而在国内未得到很好推广。
化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状，然后涂到加热后的玻璃表面上。这种方法由于受到所镀物质的限制，且在大板上也难
真空蒸发法是在真空条件下，通过电加热使镀膜材料蒸发，由固相转化为气相，从而沉积在玻璃表面上，形成稳定的薄膜。此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。只能生产单层金属镀膜玻璃，颜色也难以控制。
磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。
在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行，如电浮法、热喷涂等方法，目前我国较少使用。
在这些方法中，磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法，它的膜层由多层金属或金属氧化层组成，允许任意调节能量通过率、能量反射率，具有良好的外观美学效果，它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点，因而目前国际上广泛采用这一方法。磁控溅射镀膜玻璃已越来越多地被运用于现代建筑并逐渐在民用住宅、汽车、电子等域使用，具有广阔的发展前景。
二、磁控溅射镀膜工艺
(一)工艺原理及特点
磁控溅射是一种新型的高速、低温溅射镀膜方法，它是在专门的真空设备中，借助于高压直线溅射装置进行的。磁控溅射镀膜工艺的原理是:将玻璃送人设有磁控阴极和溅射气体(氮气、氮气或氧气)的真空室内，阴极加负电压，在真空室内辉光放电，产生等离子体，由于金属靶材带负电，等离子体中带正电的气体离子被加速，并以相当于靶极位降U的能量撞击靶面，将金属靶的原子轰出来，使之沉淀在玻璃表面上而形成金属膜。工艺原理如下图所示:
磁控溅射镀膜工艺的显著特点是:可以多层镀膜(双层膜、三层膜等)，通过更换金属靶材即可获得不同品种的产品，如热反射玻璃、低辐射玻璃、导电玻璃以及镜面膜玻璃等。
采用磁控溅射镀膜工艺生产的镀膜玻璃膜层均匀牢固，色泽美观，品种繁多，产品范围广，而且产量可大可小，并能按用户要求加工所需的数量和质量，灵活性大，生命力强，这是其它方法所不及的。
(二)工艺流程
磁控溅射镀膜的简单工艺流程如下:
原片改切~装片~人口等待~洗涤干燥~初检~真空过渡室~镀膜~真空过渡室~洗涤干燥一检验~卸片~包装~入库
(三)磁控溅射的分类
1、平衡磁控溅射
平衡磁控溅射即传统的磁控溅射，是在阴极靶材背后放置芯部与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在靶材表面形成与电场方向垂直的磁场。沉积室充入一定量的工作气体，通常为Ar，在高压作用下Ar原了电离成为Ar离子和电子，产生辉光放电，Ar，离子经电场加速轰击靶材，溅射出靶材原子、离子和二次电子等。电子在相互垂直的电磁场的作用下，以摆线方式运动，被束缚在靶材表面，延长了其在等离子体中的运动轨迹，增加其参与气体分子碰撞和电离的过程，电离出更多的离子，提高了气体的离化率，在较低的气体压力下也可维持放电，因而磁控溅射既降低溅射过程中的气体压力，也同时提高了溅射的效率和沉积速率。
但平衡磁控溅射也有不足之处，例如:由于磁场作用，辉光放电产生的电子和溅射出的二次电子被平行磁场紧紧地约束在靶面附近，等离子体区被强烈地束缚在靶面大约60~70的区域，随着离开靶面距离的增大，等离子浓度迅速降低，这时只能把工件安放在磁控靶表面SO^-100 mm的范围内，以增强离子轰击的效果。这样短的有效镀膜区限制了待镀工件的几何尺寸，不适于较大的工件或装炉量，制约了磁控溅射技术的应用。且在平衡磁控溅射时，飞出的靶材粒子能量较低，膜基结合强度较差，低能量的沉积原子在基体表面迁移率低，易生成多孔粗糙的柱状结构薄膜。提高被镀工件的温度固然可以改善膜层的结构和性能，但是
在很多的情况下，工件材料本身不能承受所需的高温。
非平衡磁控溅射的出现部分克服了以上缺点，将阴极靶面的等离子体引到溅射靶前200 ^'300~的范围内，使基体沉浸在等离子体中，如图1所示。这样，一方面，溅射出来的原子和粒子沉积在基体表面形成薄膜，另一方面，等离子体以一定的能量轰击基体，起到离子束辅助沉积的作用，大大的改善了膜层的质量。
2、非平衡磁控溅射
1985年，Window和Sawides 首先引入了非平衡磁控溅射的概念。不久，多种不同形式的非平衡磁场设计相继出现，磁场有边缘强，也有中部强，导致溅射靶表面磁场的“非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不仅有通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也有由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构。还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管，用来改变阴极和基体之间的磁场，并以它来控制沉积过程中离子和原子的比例。
非平衡磁控溅射系统有两种结构，一种是其芯部磁场强度比外环高，磁力线没有闭合，被引向真空室壁，基体表面的等离子体密度低，因此该方式很少被采用。另一种是外环磁场强度高于芯部磁场强度，磁力线没有完全形成闭合回路，部分外环的磁力线延伸到基体表面，使得部分二次电子能够沿着磁力线逃逸出靶材表面区域，同时再与中性粒子发生碰撞电离，等离子体不再被完全限制在靶材表面区域，而是能够到达基体表面，进一步增加镀膜区域的离子浓度，使衬底离子束流密度提高，通常可达5 mA/cmz以上。这样溅射源同时又是轰击基体表面的离子源，基体离子束流密度与靶材电流密度成正比，靶材电流密度提高，沉积速率提高，同时基体离子束流密度提高，对沉积膜层表面起到一定的轰击作用。
非平衡磁控溅射离子轰击在镀膜前可以起到清洗工件的氧化层和其他杂质，活化工件表面的作用，同时在工件表面上形成伪扩散层，有助于提高膜层与工件表面之间的结合力。在镀膜过程中，载能的带电粒子轰击作用可达到膜层的改性目的。比如，离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子，切断膜层结晶态或凝聚态的优势生长，从而生更致密，结合力更强，更均匀的膜层，并可以较低的温度下镀出性能优良的镀层。
非平衡磁控溅射技术的运用，使平衡磁控溅射遇到的沉积致密、成分复杂薄膜的问题得以解决，然而单独的非平衡磁控靶在复杂基体上较难沉积出均匀的薄膜，而且在电子飞向基体的过程中，随着磁场强度的减弱，一部分电子吸附到真空室壁上，导致电子和离子的浓度下降。对此研究人员开发出多靶非平衡磁控溅射系统，以弥补单靶非平衡磁控溅射的不足。多靶非平衡磁控溅射系统根据磁场的分布方式可以分为相邻磁极相反的闭合磁场非平衡磁控溅射和相邻磁极相同的镜像磁场非平衡磁控溅射，如图2所示(a)为双靶闭合磁场，（b）
为双靶镜像磁场。
比较闭合磁场非平衡靶对和镜像靶对的磁场分布情况，可以看出在靶材表面附近磁场差别不大，内外磁极之间横向磁场对电子的约束形成一个电离度很高的等离子体阴极区，在此区域内的正离子对靶面的强烈溅射刻蚀，溅射出大量靶材粒子飞向基体表面。在内部和外环磁极的位置，特别是较强的外环磁极处，以纵向磁场为主，成为二次电子逃离靶面的主要通道，进而成为向镀膜区域输送带电粒子的主要通道。再比较闭合磁场和镜像磁场在镀膜区域内磁场分布，差别就大了，对于镜像靶对，由于两个靶磁场的相互排斥，纵向磁场都被迫向镀膜区外(真空室壁)弯曲，电子被引导到真空室壁上流失，总体上降低了电子进而离子的数量。由于镜像磁场方式不能有效地束缚电子，因而等离子体的溅射效率未有得到提高。而闭合磁场非平衡靶对在镀膜区域的纵向磁场是闭合的。只要磁场强度足够，电子就只能在镀膜区域和两个靶之间运动，避免了电子的损失，从而增加了镀膜区域的离子浓度，大幅度提高了溅射效率。
Teer比较了平衡磁控溅射靶，镜像非平衡磁控靶和闭合非平衡磁控靶三种模式工件上偏压电流的伏安特性，结果表明了闭合非平衡磁控靶和镜像非平衡磁控靶的工件偏压电流依次比平衡磁控溅射靶工件偏压电流提高了近2和6倍。Sproul比较了镜像结构与闭合结构系统在中位线位置的磁场强度和基体自偏压电流，镜像结构在中位线位置的磁场强度几乎都为零，基体自偏压电流最高为1.3 A，而闭合结构中位线位置的磁感应强度可高达20 x 10-4 T，对应基体自偏压电流5.9 A。多靶闭合磁场非平衡磁控溅射系统可以获得高的沉积速率和较高质量的薄膜，因此实际应用中较多采用的是闭合磁场非平衡磁控溅射系统。
3、反应磁控溅射
现代表面工程的发展越来越多地需要用到各种化合物薄膜，反应磁控溅射技术是沉积化合物薄膜的主要方式之一。沉积多元成分的化合物薄膜，可以使用化合物材料制作的靶材溅射沉积，也可以在溅射纯金属或合金靶材时，通入一定的反应气体，如氧气、氮气，反应沉积化合物薄膜，后者被称这反应溅射。通常纯金属靶和反应气体较容易获得很高的纯度，因而反应溅射被广泛的应用沉积化合物薄膜。
但是在沉积介电材料或绝缘材料化合物薄膜的反应磁控溅射时，容易出现迟滞现象，如图3 所示。在反应磁控溅射的过程中，溅射沉积室中的反应气体流量较低时(A-B)，大部分的反应气体被溅射金属所获，此时沉积速率较高，且几乎保持不变，此时沉积膜基本上属金
属态，因此这种溅射状态称为金属模式。但是当反应气体的流量的值增加到临界值B时，金属靶与反应气体作用，在靶表面生层化合物层。由于化合物的二次电子发射系数一般高于金属，溅射产额降低，此时反应气体的流量稍微增加(B-C)，沉积室的压力就是突然上升，溅射速率会发生大幅度的下降，这种过程称为过渡模式。通常高速率反应溅射过程工作在过渡模式。此后反应气体流量再进一步增加，气体流量与沉积室压力呈线性比例，沉积速率的变化不大，沉积膜呈现为化合物膜，此时的溅射状态称为反应模式。在溅射处于反应模式时，逐渐减小反应气体流量(D-E)溅射速率不会由C立刻回升到B，而呈现缓慢回升的状态，直到减小到某个数值E，才会出现突然上升到金属模式溅射状态时的数值，这是因为反应气体保持高的分压，直到靶材表面的化合物被溅射去除，金属重新曝露出来，反应气体的消耗增加，沉积室压力又降低，这样就形成了闭合的迟滞回线。类似于上述溅射速率与反应气体流量之间的迟滞回线的还有靶电压与反应气体流量之间的迟滞回线，两条迟滞回线的趋势完全相同。
反应溅射中的迟滞效应是不希望有的。迟滞现象使某些化学剂量比的化合物不能通过反应溅射获得，并且反应气体与靶材作用生成的化合物覆盖在靶材表面，积累大量的正电荷无法中和，在靶材表面建立越来越高的正电位，阴极位降区的电位随之降低，最终阴极位降区电位降减小到零，放电熄灭，溅射停止，这种现象称为“靶中毒”。同时，在阴极附近的屏蔽阳极上也可能覆盖化合物层，导致阳极消失现象。当靶材表面化合物层电位足够高时，进而发生击穿，巨大的电流流过击穿点，形成弧光放电，导致局部靶面瞬间被加热到很高的温度，发生喷射，出现“打弧”现象。靶中毒和打弧导致了溅射沉积的不稳定，缩短了靶材的使用寿命，并且低能量的“液滴”沉积到薄膜表面，导致沉积薄膜结构缺陷和组分变异。
早期的反应磁控溅射大多是由质量流量计来控制通入沉积室的反应气体的流量，从而控制沉积室反应气体的分压。近年来，许多研究人员做了大量研究与尝试工作解决这一问题。Maniv等用阻止反应气体到达靶面的方式，在基体与靶材之间，放置阻隔栅格板，AY从阻隔板处引入，反应气体从靠近基体处引入，这种布局可以减弱反应气体与靶面的反应，获得较高较稳定的溅射速率。这种结构的主要缺点是要经常清洗阻隔板，降低了溅射粒子到达基体的机会，同时减弱了等离子体对薄膜的轰击作用。通过脉冲方式进气，在靶材表面未生成大量化合物层时切断反应气体，使在关闭反应气体时间内，能溅射去除靶材表面的化合物层，保证溅射处在过渡模式。但这种方式试验工作量大，且需要连续监控调节，不易控制化合物
薄膜的化学组分。此外还有通过提高系统抽气速率，全靶刻蚀技术采用化合物陶瓷靶，安装灭弧装置等方式。为了获得稳定的控制方法，让溅射处在过渡模式下，还有通过等离子体发射光谱监控法和靶电压监控法来控制反应溅射过程。
最为有效解决直流反应溅射靶中毒和打弧问题的方式是改变溅射电源，即采用射频，中频或脉冲电源。射频溅射在溅射靶与基体之形成高频(13.56 MHz)放电，等离子体中的正离子和电子交替轰击靶而产生溅射，解决了溅射绝缘靶材弧光放电的问题，但是相对于射频溅射速率较低，电源结构复杂，价格较昂贵。中频和脉冲电源容易获得，成为目前广泛应用的磁控溅身寸技术之一。
4、中频磁控溅射
将直流磁控溅射电源改为交流中频电源即成为中频磁控溅射。在中频反应溅射过程中，当靶上所加的电压处在负半周期时，靶材表面被正离子轰击溅射，在正半周期，等离子体中的电子加速飞向靶材表面，中和了靶材表面沉积化合物层累积的正电荷，从而抑制了打弧现象的发生。在确定的工作场强下，频率越高，等离子体中正离子被加速的时间越短，正离子从外电场吸收的能量就越少，轰击靶时的能量就越低，溅射速率就会下降，因此为了维持较高的溅射速度，中频反应溅射电源的频率一般为10 ^- 80 kHz。中频磁控溅射常同时溅射两个靶，并排配置的两个靶的尺寸与外形完全相同，通常称为孪生靶如图4所示。在溅射过程中，两个靶周期性轮流作为阴极和阳极，既抑制了靶面打火，而且消除普通直流反应溅射是阳极消失现象，使溅射过程得以稳定进行。
5、脉冲磁控溅射
脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。脉冲磁控溅射技术可以有效的抑制电弧产生进而消除由此产生的薄膜缺陷，同时可以提高溅射沉积速率，降低沉积温度等一系列显著优点。
脉冲可分为双向脉冲和单向脉冲(如图5所示)。双向脉冲在一个周期内存在正电压和负电压两个阶段，在负电压段，电源工作于靶材的溅射，正电压段，引入电子中和靶面累积的正电荷，并使表面清洁，裸露出金属表面。加在靶材上的脉冲电压与一般磁控溅射相同(400 ^-SOOV)，脉冲磁控溅射通常采用方波脉冲波形，在中频段(20 ^-200 kHz)即可有效消除异常弧光放电的发生，控制靶材放电的时间，保证靶材不中毒、不出现电弧放电，然后断开靶电压甚至使得靶材带正电。因为等离子体中电子运动速度远高于离子速度，变换的靶材正电压
一般只需要负偏压的10%^'20%，即可以防止电弧放电。有研究认为，脉冲宽度(正负电压时间之比)具有关键作用，脉冲宽度达到1 . 1时具有最佳抑制效果;正电压大小对是否产生电弧放电没有明显影响，但是极大的影响沉积速率，正电压从10%提高到20%(与负电压之比)，沉积速率可以提高50%,
双向脉冲更多地用于双靶闭合式非平衡磁控溅射系统如图6，系统中的两个磁控靶连接在同一脉冲电源上，与中频孪生靶相似，两个靶交替充当阴极和阳极，阴极靶在溅射的同时，阳极靶完成表面清洁，如此周期性地变换磁控靶极性，就产生了“自清洁”效应。
脉冲磁控溅射的主要参数包括溅射电压、脉冲频率和占空比。由于等离子体中的电子相对离子具有更高的能动性，因此正电压值只需要负电压值的10%^'20%，就可以有效中和靶表面累积的正电荷。脉冲频率通常在中频范围，频率下限决定于保证靶面累积电荷形成的场强低于击穿场强的临界值，频率上限的确定主要考虑到沉积速率，一般在保证稳定放电的前提下，尽可能取较低的频率。占空比的选择在保证溅射时靶表面累积的电荷能在正电压阶段被完全中和的前提下，尽可能提高占空比，以实现电源的最大效率。
另一个最新发展是在衬底上加脉冲偏压。脉冲偏压能够大大提高衬底上的离子束流。在磁控溅射中，直流负偏压一般加到一100 V时，衬底离子束流即达到饱和，提高负偏压不会增加衬底离子束流，一般认为该饱和电流为离子束流，电子无法接近衬底表面。使用脉冲偏压则不然，研究表明，脉冲偏压不仅能够提高衬底饱和电流，而且随着负偏压的增大，饱和电流增大;当脉冲频率提高时，该效应更加显著;该机制仍然不很清楚，可能与振荡电场产生的等离子体的离化率及电子温度较高这一效应有关。衬底脉冲负偏压为有效控制衬底电流密度提供了一种新的手段，该效应可以应用到优化膜层结构、附着力，以及缩短溅射清洗及衬底加热时间。
6、磁控溅射靶源改进
磁控溅射靶材利用率低，一直是工业镀膜迫切需要解决的问题。由于磁场的控制，电子被限制在靶材表面的一定区域内，靶面被非均匀刻蚀，一旦烧穿，靶材即报废，使靶材利用率之有30%^'40%左右。虽然通过改善电源设计和调整工艺能起到一定的做用，但最关键还是靶源的优化设计。
几种典型磁控溅射靶的设计。如SOLERAS公司的“分流设计”，它通过在靶
和磁极之间放置一定形状的铁磁体垫片，使得靶面附近的磁场分布更加均匀，从而提高了靶材的利用率提高了，延长了靶的寿命，并使得溅射过程更加的稳定。但是这种设计会降低磁通的利用率和靶面附近的磁场强度，溅射速率会有所下降。SOLERAS公司还提出了一种“表
面增强剥蚀”技术，它通过事先在靶面上刻蚀一定形状的沟槽来达到提高靶面剥蚀均匀性和靶材利用率的目的。Praxair MRC的“REALIT1r1N' Sputter Target”技术，通过优化设计能将靶材的利用率提高30%。其中“环状增强铝合金靶”是一种圆形靶，它是通过研究普通靶的剥蚀形貌而设计出来的，实验证明该靶与普通靶相比在溅射速率、膜层均匀性和靶材利用率等方面都具有相当的优势。ORIONSOURCES的“Orion APM Sputter Source”技术，避免了通常情况下由高靶面电压、高工作压强和高基片温度所引起的膜层密度降低、结晶度降低以及很难在塑料基体上镀制等问题;同时拓展了工作压强和工作电压的范围，提高了膜层的沉积速率和溅射沉积的均匀性;显著改善了成膜特性并提高了靶材利用率。Musil提出了一种“具有全靶剥蚀的矩形磁控靶”结构，可以通过增加相邻磁路之间的距离和增加隔离铁的厚度来消除相邻放电之间的影响，降低工作电压;通过增加磁极的数量或磁极之间的距离，降低工作压强。它能有效地延长靶的寿命，提高靶材的利用率。
王怡德报导的一种磁控溅射靶的设计新思路，这种靶是垂真安装并双面溅射的长条形矩形靶，溅射轨道按“背环”方式来布局，称为背环靶。它采用共用永磁体，外露软磁极靴的磁场布局，提高了溅射效率;同时采用带翼的凹形靶材;靶材利用率高;采用间接水冷的方式，并且避免了国外多采取钎焊工艺给靶制造所带来的困难。应春等介绍了一种新型磁控溅射装置，采用两块极性相对的环状磁铁的设计方法，通过扩大靶表面的等离子放电区域面积，使传统磁控溅射溅射速率和靶材利用率得到了较大改善。实验中铜靶在溅射功率密度为11 W/cmZ时，溅射速率为800 nm/min革巴的利用率可达到64%左右。
旋转靶结构[[28.29]的发展大大提高了靶材利
用率。由于旋转靶每一时刻靶面溅射的位置不同，革巴的冷却比较充分，靶面能够承受更大功率的溅射;同时通过旋转机制提高了靶材的利用率。S.J. Nadel等新技术设计的旋转柱状靶，采用中频溅射方法，靶材利用率达到90%^'100%0常天海提出的高磁场强度的矩形平面磁控溅射靶的设计，采用裸靶结构，矩形平面直流磁控溅射靶表面的水平磁场强度B就可以远高于普通磁控溅射靶的0.05 T，达到0.09 T;水平磁场强度的增加显著降低了磁控溅射镀膜工艺的着火电压和维持放电电压，为实现低电压磁控溅射提供了新的思路。
(三)设备简介
目前世界上生产磁控溅射镀膜设备最著名的厂家有美国爱可(Airco)公司和德国莱宝( Leybold )公司，这两家的设备在生产镀膜玻璃的工艺原理上是一样的，但又各有所长，其主要的区别有以下几个方面:
1、德国莱宝公司的镀膜设备所用的抽真空系统为涡轮分子泵，而美国爱可公司则用的是油扩散泵。分子泵较油扩散泵精度高、抽真空时间短，且两年才需更换一次，而油扩散泵每半年就需更换一次油，每年需清洗一次。
2、美国爱可公司发明了C-MAG可旋转式靶材，利用它可使靶材利用率提高，平均靶材的利用率一般为2000-3000，而旋转式靶材的利用率可提高到7000-8000;换靶材时间增长，硅靶材可以在其上应用，且可生产增透膜和镜膜。
3、德国莱宝公司的溅射室由17个分隔间组成，它最多可扩充至六个阴极。而美国爱可公司的溅射室则由单个室(三个阴极)组成，如市场需求旺盛时欲扩大产量，可增加溅射室数量，具有较大的灵活性。
三、我国的发展现状
(一)发展简史
我国应用磁控溅射镀膜工艺生产镀膜玻璃起始八十年代中期，其时国内一些厂家陆续引进了一批磁控溅射镀膜设备和技术，生产高档的镀膜玻璃。但由于当时人们对镀膜玻璃的功能还没有足够的认识，加之价格偏高，国家又采取了一系列的紧缩政策，一批楼、堂、馆、
所被停建或缓建，因而镀膜玻璃的市场极不景气，磁控溅射镀膜工艺也未受到人们的重视和青睐。
随着改革开放的不断深人，人民生活水平有了很大的提高，高层建筑、豪华商场和住宅的不断涌现，以及房地产业和第三产业的崛起，给镀膜玻璃的使用提供了广阔的市场。近几年来，国内各地都出现了“镀膜玻璃热”，镀膜玻璃供不应求，许多厂家也把目光转移到这一赚钱的产品上。国内制造的设备大都以真空蒸发和化学沉积等方法为主，近几年发展较快。但由于其还存在着诸如色彩喷涂不均匀、膜层不牢固、色泽不稳定等缺点，产品质量无法与真空磁控溅射法生产的产品相比拟，因而很难被选用于高层建筑及豪华商场上。鉴于磁控溅射镀膜工艺有着其它方法无可比拟的优越性，且我国还无法制造连续式磁控溅射镀膜设备，许多厂家便把目光盯上了国外的制造厂家。从1991年至1993年仅三年左右时间，沿海一带就相继引进了十余条国外先进的镀膜玻璃生产线，加上八十年代引进的五条镀膜玻璃生产线，使进口的生产线达到了20条之多，生产能力超过了1000万平方米。其发展之快令人难以置信。
由于美国爱可公司和德国莱宝公司制造的磁控溅射镀膜设备在世界上的知名度，我国所引进的技术和设备也大都来自这两个公司。
(二)分布情况
由于国内目前尚无一个镀膜玻璃方面的统计资料，各厂家在引进时也较少互通信息，因而很难做到知已知彼，给一些厂家及领导在决策上造成一定的困难。为此将近年来收集的资料和获取的信息整理于下，供国内同行参考。
1、北京市:洛阳玻璃厂与韩国一企业合资经营的大洋北京牡丹玻璃有限公司幕墙玻璃生产线，93年3月已正式投产。设备和技术估计是从德国莱宝公司引进。
2、河北省:目前有两条磁控溅射镀膜玻璃生产线，一为秦皇岛耀华玻璃厂87年7月(签约时间)从美国赛特尔(Xytorr)公司引进的二手设备，年生产能力为40万平方米。另一为黄骤市，92年底从德国莱宝公司引进的技术和设备，目前正在进行设备安装。
3、山东省:淄博市和莱芜市92年11月从德国莱宝公司各引进一条磁控溅射镀膜玻璃生产线，生产规模均在100万平方米/年左右。前者是由淄博建筑陶瓷厂与香港合资建设，目前已投产。后者尚在建设中。
4、河南省:洛阳玻璃厂与香港东大工业有限公司合资经营的洛阳晶润镀膜玻璃有限公司，1992年从美国爱可公司引进生产设备和技术，生产规模为120万平方米/年，93年12月在洛阳高新技术开发区建成投产。
5、江苏省:苏州市于1992年12月与德国莱宝公司签约引进其生产设备和技术，估计目前尚在建设中。另外常州通达镀膜玻璃有限公司与美国太阳公司联合投资引进国外全套先进设备和技术，使该公司年产量可达100万平方米，成为国内的镀膜玻璃生产基地。
6、上海市:由中国银行上海信托投资咨询公司、中国北方玻璃工业公司、上海耀华玻璃厂和香港华润(集团)有限公司合资经营的上海阳光镀膜玻璃有限公司，92年从美国爱可公司引进磁控溅射镀膜玻璃生产线及从美国格拉斯泰克公司引进大型水平钢化玻璃设备和技术，可年产各类镀膜玻璃、钢化玻璃160万平方米，该线已于93年11月建成投产，从而满足了上海日益发展的高档建筑材料的需求。
7、安徽省:蚌埠浮法玻璃公司85年12月(签约时间)从德国莱宝公司引进设备和技术，年产量约为28万平方米。该线是我国最早从国外引进的磁控溅射镀膜玻璃生产线，由于生产规格偏小，仅能生产1.1X2.1米规格的镀膜玻璃，不能满足玻璃幕墙对大规格玻璃的需求，因而效益受到影响。
8、浙江省，杭州耀华幕墙玻璃厂引进了一条大型磁控溅射镀膜玻璃生产线，估计是从美国爱可公司引进的设备和技术，目前可能已投人生产。
9、四川省:四川省玻璃厂86年引进美国爱可公司的设备和技术，其镀膜机为单端式，生产规模为74万平方米/年。
10、广西:南宁玻璃厂87年12月(签约时间)从美国爱可公司引进磁控溅射镀膜玻璃生产设备和技术，年产量为50万平方米。
11、广东省:目前已知的有五个城市六条磁控溅射镀膜玻璃生产线在生产或正在建设中。其中南方玻璃有限公司自87年从比利时CNUD进口一套年产80万平方米的立式镀膜设备后，由于效益可观，又于91年引进了一套德国莱宝公司的磁控溅射镀膜玻璃生产设备和技术，该线可年产100万平方米优质镀膜玻璃。江门恒辉镀膜玻璃有限公司于92年8月(签约时间)从德国莱宝公司引进年产100万平方米的设备和技术，93年12月已投入生产。另外南海和顺德93年初亦各从德国莱宝公司引进了磁控溅射镀膜玻璃生产设备和技术，规模与江门相同。珠海兴业技术玻璃有限公司92年从美国爱可公司引进磁控溅射镀膜玻璃技术和设备，同时从美国格拉斯泰克公司引进大型水平钢化玻璃生产线，目前已投入生产。
12、海南省:海南南光镀膜玻璃有限公司92年从美国爱可公司引进生产设备和技术，目前正在进行设备安装。
可以看出，由于我国经济发展不平衡，沿海地区发展速度和消费水平都明显高于内陆地区，因而引进生产线主要集中在沿海一带，尤其是广东、山东、江苏等地，发展更为迅速。
(三)存在的一些问题
镀膜玻璃的蓬勃发展从一个侧面显示了我国经济改革的活力，令人欣慰。但在发展过程中也暴露出一些问题来，值得我们重视。
1、在引进设备的谈判中，由于缺乏必要的资料和信息，缺少专业技术人员，同一厂家的设备，几乎在同时引进，而价格相差悬殊，有的设备和技术只花了四百多万元，而有的却花了六、七百万美元，国家因而损失了大量的外汇。
2、有些厂家在基本条件尚未落实的情况下，便匆忙引进了设备。在投产之时便处于没有玻璃原片可供生产之用的窘境，生产难以为继，如广东和山东的一些厂家便遇到了这一问题。另外，许多厂家自已不能生产靶材，致使产品成本居高不下，且难以及时根据市场需求更换自已的产品。
3、国内引进的生产线在94年都将先后投入生产，届时镀膜玻璃供不应求的局面将大大缓解，市场竞争将越来越激烈。开发新品种以及开拓新市场，应引起厂家的足够重视。
四、磁控溅射新发展
随着工业的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射如高速溅射、自溅射等成为目前磁控溅射领域新的发展趋势。高速溅射能够得到大约几个μm/min的高速率沉积，可以缩短溅射镀膜的时间，提高工业生产的效率;有可能替代目前对环境有污染的电镀工艺。当溅射率非常高，以至于在完全没有惰性气体的情况下也能维持放电，即是仅用离化的被溅射材料的蒸汽来维持放电，这种磁控溅射被称为自溅射。被溅射材料的离子化以及减少甚至取消惰性气体，会明显地影响薄膜形成的机制，加强沉积薄膜过程中合金化和化合物形成中的化学反应。由此可能制备出新的薄膜材料，发展新的溅射技术，例如在深孔底部自溅射沉积薄膜。
高速溅射本质特点是产生大量的溅射粒子，导致较高的沉积速率。最近实验表明在最大的靶源密度在高速溅射，靶的溅射和局部蒸发同时发生，两种过程的结合保证了最大的沉积速率（几μm/min)并导致薄膜的结构发生变化。高速溅射有一定的限制，因此在特殊的环境才能保持高速溅射，如足够高的靶源密度，靶材足够的产额和溅射气体压力，并且要获得最大气体的离化率。
最大限制高速沉积薄膜的是溅射靶的冷却。高速率磁控溅射的一个固有的性质是产生大量的溅射粒子而获得高的薄膜沉积速率。高的沉积速率意味着高的粒子流飞向基片，导致沉
积过程中大量粒子的能量被转移到生长薄膜上，引起沉积温度明显增加。由于溅射离子的能量大约70需要从阴极冷却水中带走，薄膜的最大溅射速率将受到溅射靶冷却的限制。冷却不但靠足够的冷却水循环，还要求良好的靶材导热率及较薄膜的靶厚度。同时高速率磁控溅射中典型的靶材利用率只有20%^'30%，因而提高靶材利用率也是有待于解决的一个问题。
五、磁控溅射技术的应用实例—碳化硅颗粒表面磁控溅射镀铜膜的研究
(一)实验
以密度为3. 114 g/ cm3，平均粒径为60 lam的淡绿色碳化硅颗粒作为基底材料。每次称取4g SiC粉进行实验。
实验采用微颗粒磁控溅射镀膜设备。该设备是在普通直流磁控溅射镀膜设备的基础上，增加了一个超声波振动发生器，溅射镀膜时，通过调节样品架的摆动频率和超声波的振动功率，使微颗粒能保持较好的分散性，并通过调节各种溅射条件，就可以在微颗粒表面沉积上金属薄膜。
溅射所用的靶材为纯度达99. 99%圆形Cu靶，直径10cm，厚度为0. 5cm，把靶材安放在接有冷却循环水装置的靶架上，把1g平均粒度为60μm的碳化硅粉体颗粒放入到样品架上的样品皿中，靶基距为17cm，真空室内气压抽至3 x 10- 3 P a之后，引入纯度为99. 999%溅射气体氢气，气体的流速由质量流量计控制，氢气流量为10 sccm(标准状态毫升/分)，溅射气压9 x 10-1P a,溅射功率为50~400 W,溅射时间为30一180 min，样品温度控制在30 } 300℃。在镀膜时间、溅射功率及基底温度的变换下，得到3组共12个镀膜样品，其实验条件如表1所示。
为了分析和表征微颗粒表面薄膜的表面形貌、化学成份、结构及晶粒大小等，采用的分析仪器主要包括:德国LEO公司的1530VP型场发射可变压力扫描电子显微镜(FESEM)、
美国EDAX公司的PhoenixDX 60s型X射线能谱仪(EDS)、德国Bruker公司的D8 Advance 型X射线多晶衍射仪(XRD)、美国热电公司IRIS Advantage电感藕合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)等。
(二)实验结果与讨论
1、表面形貌分析
以2#样品为例，用SEM对其表面形貌进行检测，其结果如图1所示。图la和图1b分别为放大50000倍时镀膜前后的SEM照片，可以看出，单个SiC颗粒表面已镀覆上了一层金属铜，除表面存在极少数的几个稍大的颗粒外，沉积物基本分布均匀，镀层连续。
2、表面成分分析
图2为碳化硅颗粒镀膜前及2#样品的某微区域的X射线能谱仪(EDS)照片，它表明，在镀膜前，颗粒的成份为碳化硅，无铜存在;镀膜后，有铜的特征峰，但同时还出现了硅和碳的特征峰，这是因为薄膜较薄的缘故。但已经表明，碳化硅表面已经镀上了铜膜。
同时，利用ICP-AES测量了该样品的化学成份，除了含有碳化硅本身的成份外，其中还有金属铜，其质量分数为0. 63%。
3、结构分析
为分析不同的溅射条件对薄膜的晶体结构及晶体取向的影响，本研究分别对未镀膜的碳化硅样品及不同溅射条件下镀铜膜的12个样品进行了XRD测试。图3为镀膜前SiC颗粒的X射线衍射图，从中可看出，镀膜前的SiC颗粒结晶很好，但仅出现了SiC的衍射峰，不含有铜的衍射峰。
图4为第一组((1#一5#)样品的XRD谱图。从图4中可看出，在溅射时间为46 min时，衍射图谱除了出现了碳化硅原样的衍射峰外，在2e为43. 33。的位置出现了较微弱的衍射峰，与JA D} SCA N软件中标准粉末X射线衍射卡第04-0836号纯金属Cu的(111)晶面相对应。说明此时铜的结晶不是很好。随着溅射时间的增加，铜在(111)晶面上的衍射峰越来强，且在120 min后，衍射图谱在2e为50. 420及74. 080的位置上也出现了衍射峰，分别与第04- 0836号纯金属铜的(200)及(220)晶面相对应。以上说明在相同的溅射条件下，随着溅射时间的增加，铜膜的结晶越来越好，并且在此条件下所制备的铜膜为面心立方结构。
图5为第二组(2# , 6#一8})样品的XRD谱图。从图5中可看出，在溅射功率为170 W，衍射图谱中只出现了碳化硅原样的衍射峰外，未出现任何铜的衍射峰。随着溅射功率的增大，在280 W和340 W时，铜只在(111)晶面上出现了较弱的衍射峰;在420 W时，铜不但在(111)晶面上的衍射峰增强，而且在(200)及( 220)晶面也有衍射峰出现。以上说明，在溅射功率为170 W时，所镀铜膜基本为非晶;随着溅射功率的增大，在280 W和340 W时，铜膜已有分结晶，但大部分仍为非晶;在溅射功率为420 W时，铜膜结晶程度较高。这是由于随着溅射功率的增大，撞击粒子的能量就越高，沉积到基体表面的金属原子的表面活动性就越好，金属薄膜的晶化程度就会提高。
图6为第二组(2#,9#一12#)样品的XRD谱图。从图6中可看出，随着基底温度的升高，铜膜在(111)和(200)晶面的衍射峰越来越强，但在(220)晶面都没出现衍射峰。以上说明，在相同的溅射条件下，随着基底温度的升高，铜膜的晶化程度越来越高。
通过以上分析可见，增加溅射时间或溅射功率或增加基体温度，都有利于金属膜形成结晶。
(三)结论
（1）用直流磁控溅射的方法，在SiC颗粒表面沉积了金属铜膜。通过控制SiC颗粒的运动，使每个微颗粒都能等概率地暴露表面，从而在其表面都能镀上均匀、致密、连续性好的金属薄膜。
( 2）溅射时间、溅射功率和基体温度对薄膜的结晶都有较大的影响。溅射时间越长或溅射功率越大或基体温度越高，都有利于薄膜结晶。
( 3）颗粒表面镀膜有广泛地应用前景，可以明显改善其作为颗粒增强剂在金属中的润湿效果。
第1章移动通信现状问题与基本解决方法 1.1移动通信1G—4G简述 现在，人们普遍认为1897年是人类移动通信的元年。这一年意大利人.马可尼在相距18海里的固定站与拖船之间完成了一项无线电通信实验，实现了在英吉利海峡行驶的船只之间保持持续的通信，从而标志着移动通信的诞生，也由此揭开了世界移动通信辉煌发展的序幕错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。 现代意义上的移动通信系统起源于20世纪20年代，距今已有90余年的历史。本文主要简述移动通信技术从1G到4G的发展。移动通信大发展的原因，除了用户需求的迅猛增加这一主要推动力外，还有技术进展所提供的条件，如微电子技术的发展、移动通信小区制的形成、大规模集成电路的发展、计算机技术的发展、通信网络技术的发展、通信调制编码技术的发展等。1.1.1第一代移动通信系统（1G） 20世纪70年代中期至80年代中期是第一代蜂窝网络移动通信系统发展阶段。第一代蜂窝网络移动通信系统（1G）是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低。1G主要基于蜂窝结构组网，直接使用模拟语音调制技术，传输速率约s错误!未找到引用源。。 1978年底，美国贝尔实验室成功研制了先进移动电话系统（Advanced Mobile Phone System, AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，这是第一种真正意义上的具有随时随地通信的大容量的蜂窝状移动通信系统。蜂窝状移动通信系统是基于带宽或干扰受限，它通过小区分裂，有效地控制干扰，在相隔一定距离的基站，重复使用相同的频率，从而实现频率复用，大大提高了频谱的利用率，有效地提高了系统的容量错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。
近代以来世界的科学发展历程 考点提示 近代科学技术 （1）经典力学、相对论、量子论 （2）进化论 （3）蒸汽机的发明和电气技术的应用 知识清单 知识梳理 一、物理学的重大进展 （一）近代自然科学产生的背景 经济基础——资本主义经济发展，生产经验的积累。 思想准备——文艺复兴、宗教改革、启蒙运动解放了思想。 个人因素——科学家具有科学精神。 （二）经典力学 1、伽利略——意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家。 （1）主张：为了解自然界，必须进行系统地观察和实验。 （2）通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。 （3）通过实验，发现了自由落体定律等物理学定律，大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念。 （4）开创了以实验事实为依据并具有严密逻辑体系的近代科学，为牛顿经典力学的创立和发展奠定了基础，被誉为近代科学之父。 2、牛顿——17世纪英格兰伟大的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家。 （1）牛顿在其经典著作《自然哲学的数学原理》一书中，提出了物体运动三大定律和万有引力定律。把地球上的物体运动和天体运动概括到同一理论之中，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。 （2）牛顿经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。海王星的发现是证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功的范例。 （3）数学方面，牛顿是微积分的发明者之一。另外牛顿还发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜等。 （三）相对论的创立： 1、背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的新问题。20 世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出相对论。 2、内容：包括狭义相对论和广义相对论。 狭义相对论——物体运动时，质量随着物体运动速度增大而增加，同时空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
磁控溅射镀膜原理及工艺 摘要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。这里主要讲一下由溅射镀 膜技术发展来的磁控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。 关键词：溅射；溅射变量；工作气压；沉积率。 绪论 溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如右图。 通常将欲沉积的材料制成板材-靶，固定在阴 极上。基片置于正对靶面的阳极上，距靶一定距 离。系统抽至高真空后充入（10～1）帕的气体（通 常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极 间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作 用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶 面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在1至几十 电子伏范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。 其中磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的 成就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜-基结 合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点， 成为镀膜工业应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透 明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对大面积的均 匀性有特别苛刻要求的连续镀膜场合)的首选方 案。 1磁控溅射原理 溅射属于PDV（物理气相沉积）三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）中的一种。 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区
光纤通信技术发展历程、特点及现状
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学号：20085044013 本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业电子科学与技术 年级2008级 姓名王震 论文题目光纤通信技术发展历程、特点及现状 指导教师张新伟职称讲师 成绩
2012年1月10日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 绪论 (1) 1光纤通信发展历程 (1) 1.1 世界光纤通信发展史 (1) 1.2 中国光纤通信发展史 (2) 2 光纤通信技术的特点 (3) 2.1 频带极宽，通信容量大 (3) 2.2 损耗低，中继距离长 (3) 2.3 抗电磁干扰能力强 (3) 2.4 无串音干扰，保密性好 (3) 3 不断发展的光纤通信技术 (3) 3.1 SDH系统 (3) 3.2 不断增加的信道容量 (3) 3.3 光纤传输距离 (4) 3.4 向城域网发展 (4) 3.5 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 (4) 4 结束语 (4) 参考文献 (4)
光纤通信技术发展历程、特点及现状 摘要：光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。光纤通信是以其传输频带宽、通信容量大、中继距离长、损耗低特点，并具有抗电磁干扰能力强，保密性好的优势，光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术正朝着超大容量、超长距离传输和交换、全光网络方向发展。 关键词：光纤通信；发展历程；特点；发展现状 绪论 光纤通信技术已成为现代通信的主要通信方式，在现代信息网中起着非常重要的作用，随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。有专家预测，21世纪将是“光子世纪”，十年内，光子产业可能会全面取代传统电子工业，成为本世纪最大的产业。光纤通信又进入了一个蓬勃发展的新时期，而这一次发展将涉及信息产业的各个领域，其范围更广，技术更新，难度更大，动力更强，无疑将对21世纪信息产业的发展和社会进步产生巨大影响。 1 光纤通信发展历程 1.1 世界光纤通信发展史 光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。 1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，发表论文《光频介质纤维表面波导》，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信。于1970年损失为20db/km的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元，得到30米光纤样品，认为非常值得。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。1976年，美国贝尔实验室在亚特
中国科技发展历程 古代中国——科学技术成就辉煌 中华民族的科技活动有着悠久的历史，曾经为人类发展作出过巨大的贡献，并且在16世纪中期以前一直处于世界科技舞台的中心。早在距今3300多年以前的甲骨文中就有有关日食的记载。距今2500年以前的战国时期问世的《考工记》准确地记载了六种不同成份的铜锡合金及其不同用途。公元1世纪初期的西汉时期，中国人发明了造纸术，公元105年左右中国科学家蔡伦又改进和提高了造纸技术，从而使造纸技术在中国迅速推广开来。公元3世纪左右，中国人发明了瓷器，这一技术在11世纪传到波斯，由那里经阿拉伯于1470年左右传到意大利以及整个欧洲。到唐朝，中国科学家发明了火药，并在公元9世纪首次将其用于战争之中。在11世纪中期的宋朝，中国科学家发明的指南针和活字印刷技术得到了广泛的应用。15世纪中期，中国医学家时珍所著的《本草纲目》成为中国古代医学发展的集大成者。到此时为止，中国古代科学的发展达到了顶峰时期，四大发明已经先后登上了历史舞台。著名英国科学家约瑟博士认为，中国“在3世纪到13世纪之间保持一个西方所望尘莫及的科学知识水平”，现代西方世界所应用的许多发明都来自中国，中国是一个发明的国度。 由于从明代14世纪60年代末始以来，中国对外长期实行“闭关锁国”政策，影响了近代科学技术在中国的传播和发展，并使之处于相对停滞状态。 与此同时，欧洲成为现代科学的发源地，生产力突飞猛进，科学技
术获得迅速进展。中国逐渐拉大了与世界先进国家的距离。 近现代中国——科技发展历经曲折 在近代历史上，积贫积弱的中国不仅在科技发展上乏善可，而且自1840年鸦片战争以后还逐步沦为半殖民地半封建的国家。一个有着光辉灿烂历史的文明古国就这样退出了世界科技舞台。 19世纪中叶，一批向西方寻求救国真理的中国先行者，倡导科学救国、教育救国，主学习西方的先进科学技术。 于是中国开始有了出国求学者。1847年，来自香山南屏镇的容闳来到美国，3年后，他考入耶鲁大学。1854年，他又以优异的成绩从这所大学毕业，成为历史上毕业于美国大学的第一位中国人。1872年至1875年，清朝政府先后派出四批共120名青少年到美国留学。1905年，中国废除了科举制度，清政府举行了第一次归国留学生考试。这些归国人员为引进西方的先进科学技术发挥了一定的作用。 1911年10月10日，在武昌爆发了辛亥革命。在革命先行者领导下，终于推翻了延续两千多年的封建专制帝制，中国走向。 是近代中国主科学救国的先驱。但是，20世纪前叶的中国，动荡不安，科学技术事业发展的物质条件极差，所以发展依然很缓慢。 第一次世界大战结束后，为反对“巴黎和会”上帝国主义列强强加给中国的不平等条约，1919年5月4日，中国爆发了伟大的爱国救亡运动，即“五四运动”。“五四运动”提倡与科学，为中国近代科学的诞生扫清了道路。当时的留美学生元任、任鸿隽、铨、胡适等在美国发起组织了中国科
磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展 郭聪 （黄石理工学院机电工程学院黄石 435000） 摘要：磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段。探讨了磁控溅射技术在非平衡磁场溅射、脉冲磁控溅射等方面的进步，说明利用新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等，并进一步取代电镀等传统表面处理技术。阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。 关键词：非平衡磁控溅射脉冲磁控溅射薄膜制备工艺应用 中图分类号：O484.1 0 前言 薄膜是指存在于衬底上的一层厚度一般为零点几个纳米到数十微米的薄层材料。薄膜材料种类很多，根据不同使用目的可以是金属、半导体硅、锗、绝缘体玻璃、陶瓷等。从导电性考虑，可以是金属、半导体、绝缘体或超导体；从结构考虑，可以是单晶、多晶、非晶或超晶格材料；从化学组成来考虑，可以是单质、化合物或无机材料、有机材料等。制备薄膜的方法有很多，归纳起来有如下几种：1）气相方法制模，包括化学气相淀积（CVD）,如热、光或等离子体CVD和物理气相淀积（PVD），如真空蒸发、溅射镀膜、离子镀膜、分子束外延、离子注入成膜等； 2）液相方法制膜，包括化学镀、电镀、浸喷涂等； 3）其他方法制膜，包括喷涂、涂覆、压延、印刷、挤出等。[1] 而在溅射镀膜的发展过程中，新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等。辉光等离子体溅射的基本过程是负极的靶材在位于其上的辉光等离子体中的载能离子作用下，靶材原子从靶材溅射出来，然后在衬底上凝聚形成薄膜；在此过程中靶材表面同时发射二次电子，这些电子在保持等离子体稳定存在方面具有关键作用。溅射技术的出现和应用已经经历了许多阶段，最初，只是简单的二极、三极放电溅射沉积；经过30多年的发展，磁控溅射技术已经发展成为制备超硬、耐磨、低摩擦系数、耐蚀、装饰以及光学、电学等功能性薄膜的一种不可替代的方法，脉冲磁控溅射技术是该领域的另一项重大进展。利用直流反应溅射沉积致密、无缺陷绝缘薄膜尤其是陶瓷薄膜几乎难以实现，原因在于沉积速度低、靶材容易出现电弧放电并导致结构、组成及性能发生改变。利用脉冲磁控溅射技术可以克服这些缺点，脉冲频率为中频10~200kHz，可以有效防止靶材电弧放电及稳定反应溅射沉积工艺，实现高速沉积高质量反应薄膜。 1 基本原理 磁控溅射(Magnetlon Sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射镀膜采用在靶材表面设置一个平行于靶表面的横向磁场，磁场由置于靶内的磁体产生。在真空室中，基材端接阳极极，靶材端接阴极，阴极靶的下面即放置着一个强力磁铁。溅射时持续通入氩气，使之作为气体放电的载体(溅射气体)，同时通入氧气，作为与被溅射出来的锌原子发生反应的反应气体。在真空室内，电子e在电场E的作用下，在加速飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子(二次电子)e。Ar+计在电场作用下加速飞向阴极靶，以高能量轰击Zn靶表面使其发生溅射，溅射出来的锌原子吸收Ar离子的动能而脱离原晶格束缚，飞往基材方向，途中与O 2 发生反应并释放部分能量，最后反应产物继续飞行最终沉积在基材表面。我们需要通过不断的实验调整工艺参数，从而 使得溅射出来的历原子能与O 2 充分反应，制得纯度较高的薄膜。另一方面，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作回旋运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在
现代通信技术的历史 所谓通信，最简单的理解，也是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是现在的电话，还是网络，解决的最基本的问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。这是一门系统的学科，目前炙手可热的3G就是其中的重要课题。 通信技术和通信产业20世纪80年代以来发展最快的领域之一。不论是在国际还是在国内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信，快马与驿站传送文件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信，国际上称为远程通信。 纵观同新的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1937年，莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。1895年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。 而现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网与接入技术。 数字通信即传输数字信号的通信，，是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的心愿编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号，然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终传送到信宿。数字通信以其抗干扰能力强，便于存储，处理和交换等特点，已经成为现代通信网中的最主要的通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统。 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换。程控交换最初是由电话交换技术发展而来，由当初电话交换的人工转接，自动转接和电子转接发展到现在的程控转接技术，到后来，由于通信业务范围的不断扩大，交换的技术已经不仅仅用于电话交换，还能实现传真，数据，图像通信等交换。程控数字交换机处理速度快，体积小，容量大，灵活性强，服务功能多，便于改变交换机功能，便于建设智能网，向用户提供更多，更方便的电话服务。随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分株的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。 信息传输技术主要包括光纤通信，数字微波通信，卫星通信，移动通信以及图像通信。 光纤是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，其主要特点是频带宽，比常用微波频率高104~105倍；损耗低，中继距离长；具有抗电磁干扰能力；线经细，重量轻；还有耐腐蚀，不怕高温等优点。 数字微波中继通信是指利用波长为1m~1mm范围内的电磁波通过中继站传输信号的一种通信方式。其主要特点为信号可以"再生"；便于数字程控交换机的连接；便于采用大规模集成电路；保密性好；数字微波系统占用频带较宽等的优点，因此，虽然数字微波通信只有二十多年的历史，却与光纤通信，卫星通信一起被国际公认为最有发展前途的三大传输手段。 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作中继站而进行的通信。其主要特点是：通信距离远，而投资费用和通信距离无关；工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务的传输；通信线路稳定可靠；通信质量高等优点。
摘要：近年来磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。随着对具有各种新型功能的薄膜需求的增加,相应的磁控溅射技术也获得进一步的发展。本文将介绍磁控溅射技术的发展,以及闭合磁场非平衡溅射、高速率溅射及自溅射、中频及脉冲溅射等各种新技术及特点,阐述磁控溅射技术在电子、光学、表面功能薄膜、薄膜发光材料等许多方面的应用。 关键词：磁控管溅射率非平衡磁控溅射闭合场非平衡磁控溅射自溅射 引言 磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法,被普遍和成功地应用于许多方面 1～8,特别是在微电子、光学薄膜和材料表面处理领域中,用于薄膜沉积和表面覆盖层制备。1852年Grove首次描述溅射这种物理现象,20世纪40年代溅射技术作为一种沉积镀膜方法开始得到应用和发展。60年代后随着半导体工业的迅速崛起,这种技术在集成电路生产工艺中,用于沉积集成电路中晶体管的金属电极层,才真正得以普及和广泛的应用。磁控溅射技术出现和发展,以及80年代用于制作CD的反射层之后,磁控溅射技术应用的领域得到极大地扩展,逐步成为制造许多产品的一种常用手段,并在最近十几年,发展出一系列新的溅射技术。 一、磁控溅射镀膜原理及其特点 1.1、磁控溅射沉积镀膜机理磁控溅射系统是在基本的二极溅射系统发展而来,解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000Gauss强力磁铁,真空室充入011～10Pa压力的惰性气体(Ar),作为气体放电的载体。在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子,产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中,受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,电子以摆线的方式沿着靶表面前进,在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞,电离出大量的Ar+离子,与没有磁控管的结构的溅射相比,离化率迅速增加10～100倍,因此该区域内等离子体密度很高。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。而Ar+离子在高压电场加速作用下,与靶材的撞击并释放出能量,导致靶材表面的原子吸收Ar+离子的动能而脱离原晶格束缚,呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片,并在基片上沉积形成薄膜。溅射系统沉积镀膜粒子能量通常为1～10eV,溅射镀膜理论密度可达98%。比较蒸镀011～
张继成吴卫东许华唐晓红 中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳 材料导报, 2004, 18(4): 56-59 介绍磁控溅射技术的基本原理、装置及近年出现的新技术。 1 基本原理 磁控溅射技术是在普通直流(射频)溅射技术的基础上发展起来的。早期的直流(射频)溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。但这种溅射技术的成膜速率较低，工作气压高(2～10Pa)。为了提高成膜速率和降低工作气压，在靶材的背面加上了磁场，这就是最初的磁控溅射技术。 磁控溅射法在阴极位极区加上与电场垂直的磁场后，电子在既与电场垂直又与磁场垂直的方向上做回旋运动，其轨迹是一圆滚线，这样增加了电子和带电粒子以及气体分子相撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，同时，电子又被约束在靶表面附近，不会达到阴（阳）极，从而减小了电子对基片的轰击，降低了由于电子轰击而引起基片温度的升高。 2 基本装置 (1) 电源 采用直流磁控溅射时，对于制备金属薄膜没有多大的问题，但对于绝缘材料，会出现电弧放电和“微液滴溅射”现象，严重影响了系统的稳定性和膜层质量。为了解决这一问题，人们采用了射频磁控溅射技术，这样靶材和基底在射频磁控溅射过程中相当于一个电容的充放电过程，从而克服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”现象的发生。 (2) 靶的冷却 在磁控溅射过程中，靶不断受到带电粒子的轰击，温度较高，其冷却是一个很重要的问题，一般采用水冷管间接冷却的方法。但对于传热性能较差的材料，则要在靶材与水冷系统的连接上多加考虑，同时需要考虑不同材料的热膨胀系数的差异，这对于复合靶尤为重要（可能会破裂损坏）。 (3) 磁短路现象 利用磁控溅射技术溅射高导磁率的材料时，磁力线会直接通过靶的内部，发生刺短路现象，从而使磁控放电难以进行，这时需要在装置的某些部分做些改动以产生空间凝
百科名片 磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长， 在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已。磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好，可实现大面积镀膜。该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。磁控溅射(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子最终沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，避免高能电子对极板的强烈轰击，消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起损伤的根源，体现磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场，一般采用永久磁铁实现。如果靶材是磁性材料，磁力线被靶材屏蔽，磁力线难以穿透靶材在靶材表面上方形成磁场，磁控的作用将大大降低。因此，溅射磁性材料时，一方面要求磁控靶的磁场要强一些，另一方面靶材也要制备的薄一些，以便磁力线能穿过靶材，在靶面上方产生磁控作用。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压，阳离子在电场的作用下轰击靶材，它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材，因为如果是绝缘体靶材，则由于阳粒子在靶表面积累，造成所谓的“靶中毒”，溅射率越来越低。目前国内企业很少拥有这项技术。
磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例（薄膜物理大作业论文） 班级：1035101班 学号：1101900508 姓名：孙静
一、前言 镀膜玻璃是一种在玻璃表面上镀一层或多层金属氧化物薄膜，使其具有一种或多种功能的玻璃深加工产品。自七十年代开始，在世界发达国家和地区，传统的单一采光材料—普通建气琳璃，已逐步为具有节能、控光、调温、改变墙体结构以及具有艺术装饰效果的多功能玻璃新产品所替代，如茶色玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，其中又以镀膜玻璃尤汐引人注目，发展也颇为迅速，如欧洲共同体国家在1985年建筑玻璃总量的三分之二用的是镀膜玻璃，美国镀膜玻璃的市场在八十年代就已达5000万平方米/年，在香港、新加坡、台湾等经济崛起的东南亚国家和地区，镀膜玻璃的使用也日渐盛行。镀膜玻璃作为一种新型的建筑装饰材料已得到了人们普遍的肯定和喜爱。 目前生产镀膜玻璃所采用的方法大体上可分为浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、磁控溅射法以及在线镀膜等五种方法。 浸渍法是将玻璃浸人盛有金属有机化合物溶液的槽中，取出后送人炉中加热，去除有机物，从而形成了金属氧化物膜层。由于浸渍法使玻璃两边涂膜，且低边部膜层较厚，同时可供水解盐类不多，因而在国内未得到很好推广。 化学气相沉积法是将金属化合物加热成蒸汽状，然后涂到加热后的玻璃表面上。这种方法由于受到所镀物质的限制，且在大板上也难 真空蒸发法是在真空条件下，通过电加热使镀膜材料蒸发，由固相转化为气相，从而沉积在玻璃表面上，形成稳定的薄膜。此法的不足之处是所镀膜层不太均匀、有疵点、易脱落。只能生产单层金属镀膜玻璃，颜色也难以控制。 磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气休，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积到玻璃表面上。 在线镀膜一般是在浮法玻璃生产线上进行，如电浮法、热喷涂等方法，目前我国较少使用。 在这些方法中，磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进的工艺方法，它的膜层由多层金属或金属氧化层组成，允许任意调节能量通过率、能量反射率，具有良好的外观美学效果，它克服了其它几种生产方法存在的一些缺点，因而目前国际上广泛采用这一方法。磁控溅射镀膜玻璃已越来越多地被运用于现代建筑并逐渐在民用住宅、汽车、电子等域使用，具有广阔的发展前景。 二、磁控溅射镀膜工艺 (一)工艺原理及特点 磁控溅射是一种新型的高速、低温溅射镀膜方法，它是在专门的真空设备中，借助于高压直线溅射装置进行的。磁控溅射镀膜工艺的原理是:将玻璃送人设有磁控阴极和溅射气体(氮气、氮气或氧气)的真空室内，阴极加负电压，在真空室内辉光放电，产生等离子体，由于金属靶材带负电，等离子体中带正电的气体离子被加速，并以相当于靶极位降U的能量撞击靶面，将金属靶的原子轰出来，使之沉淀在玻璃表面上而形成金属膜。工艺原理如下图所示:
成都理大学 科学技术史论文题目：世界科技发展史回顾与未来科技发展展望 彭静 201206020228 核自学院 指导老师：周世祥
世界科技发展史回顾与未来科技发展展望 科学技术发展史是人类认识自然、改造自然的历史，也是人类文明史的重要组成部分。今天，当人类豪迈地飞往宇宙空间，当机器人问世，当高清晰度数字化彩电进入日常家庭生活，当克隆羊多利诞生惊动整个世界之时，大家是否会感受到，人类经历了一个多么漫长而伟大的科学技术发展历程。 一．古代科技发展概况 大约在公元前4000年以前，人类由石器时代跨入青铜器时代，并逐渐产生了语言和文字。在于自然界的长期斗争中，人类不断推动着生产工具和生产技术的进步，与此同时，人类对自然界的认识也不断丰富，科学技术的萌芽不断成长起来。 世界文明发端于中国，埃及，印度和巴比伦四大文明古国。中国古代科学技术十分辉煌，但主要在技术领域。中国的四大发明对世界文明产生巨大影响。古代中国科技文明的主要支桂有天文学、数学、医药学、农学四大学科和陶瓷、丝织、建筑三大技术,及世界闻名的造纸、印刷术、火药、指南针四大发明。四大发明：造纸、印刷术、火药、指南针。 生活在尼罗河和两河流域的古埃及和巴比伦人在天文学，数学等方面创造了杰出的成就，埃及金字塔名垂史册，印度数学为世界数学发展史大侠光辉的一页。 古希腊是科学精神的发源地，古希腊人创造了辉煌夺目的科学奇迹，在人类历史上第一次形成了独具特色的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。在人类历史上第一次形成了独具特色的的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。毕达哥拉斯，希波克拉底，以及百科全书式的学者亚里士多德都是那一时期的解除代表人物。公元前3世纪，进入希腊化时期的古希腊获得更大的发展，出现了欧几里得，阿基米德和托勒密三位杰出的科学家，使得古代科学攀上三座高峰。 公元最初的500多年中，欧洲的科学技术持续衰落，5世纪后进入黑暗的年代，并且延续了1000多年，科学一度成为宗教的婢女。但是科学精神在14世纪发出自己的呐喊，近代实验科学的始祖逻辑尔-培根像一颗新星，点亮了欧洲的天空。 在整个古代,技术发展的水平不高,科学也没有达到系统的程度,不同地域的人民之间还未建立起长期稳定的经济、文化联系, 但许多古代的科学技术成果, 如阳历和阴历, 节气、月、星期和其它时间单位的划分, 恒星天区的划分和名称,数学的基础知识和十进制记数法、印度——阿拉伯数字、轮车技术、杠杆技术、造纸术、印刷术等等,都已深深镶入了整个人类文明大厦的基础。 古代自然科学的发展还停留在描述现象，总结经验的阶段，个学科的分野并不明确，因而具有实用性，经验性和双重性，但它给近代科学的发展准备了充分的条件。 2.近现代科学技术的发展
磁控溅射 1、磁控溅射 磁控溅射是一个磁控运行模式的二极溅射。它与二~四极溅射的主要不同点：一是，在溅射的阴极靶后面设置了永久磁钢或电磁铁。在靶面上产生水平分量的磁场或垂直分量的磁场(例如对向靶)，由气体放电产生的电子被束缚在靶面附近的等离子区内的特定轨道内运转;受电场力和磁场力的复合作用，沿一定的跑道作旋轮转圈。靶面磁场对荷电粒子具有约束作用，磁场愈强束缚的愈紧。由于电磁场对电子的束缚和加速，电子在到达基片和阳极前，其运动的路径也大为延长，使局部Ar气的碰撞电离几率大大增加，氩离子Ar+在电场作用下加速，轰击作为阴极的靶材。把靶材表面的分子、原子及离子及电子等溅射出来，提高了靶材的飞溅脱离率。被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿着一定的方向射向基体，最后沉积在基体上成膜。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶电源阳极上。 工作气体电离几率的增加和靶材离化率的提高，使真空气体放电时内阻减小，故磁控靶发生溅射沉积时的工作电压较低(多数在4-600V之间)，有的工作电压略高(例如>700V)，有的工作电压较低(例如300V左右)。磁控溅射发生时，其溅射工作电压主要降落在磁控靶的阴极位降区上。 由于磁控溅射沉积的膜层均匀、致密、针孔少，纯度高，附着力强，可以在低温、低损伤的条件下实现高速沉积各种材料薄膜，已经成为当今真空镀膜中的一种成熟技术与工业化的生产方式。磁控溅射技术在科学研究与各行业工业化生产中得到了迅速发展和广泛应用。
总之，磁控溅射技术就是利用电磁场来控制真空腔体内气体“异常辉光放电”中离子、电子的运动轨迹及分布状况的溅射镀膜的工艺过程。 2、产生磁控溅射的三个条件 磁控气体放电进而引起溅射，必须满足三个必要而充分的条件： (1)第一，具有合适的放电气体压强P：直流或脉冲中频磁控放电，大约在0. 1 Pa~10Pa 左右)，典型值为5×10-1Pa;射频磁控放电大约在10-1~10-2Pa。 (2)第二，磁控靶面具有一定的水平(或等效水平)磁场强度B(大约10mT~100mT)，典型值为30~50mT，最低也要达到10~20 mT(100~200高斯)。 (3)第三，真空腔体内，具有与磁场正交(或等效正交)的电场V，典型值500~700V。 我们通称以上三条为P-B-V条件。 3、磁控溅射离子镀 (1)在基体和工件上是否施加(直流或脉冲)负偏压，利用负偏压对离子的吸引和加速作用，是离子镀与其它镀膜类型的一个主要区别。蒸发镀时基体和工件上加有负偏压就是蒸发离子镀;多弧镀时基体和工件上加有负偏压就是多弧离子镀;磁控溅射时基体和工件上加有负偏压就是磁控溅射离子镀，这是磁控溅射离子镀技术的一个重要特点。 (2)磁控溅射离子镀是把磁控溅射和离子镀结合起来的技术。在同一个真空腔体内既可实现氩离子对磁控靶材的稳定溅射，又实现了高能靶材离子在基片负偏压作用下到达基片进
浅谈通信技术发展史 在学习《现代通信技术》这么课程学期过半后，了解并掌握了一些与通信相关的知识，加以课程之余自己通过查阅书籍和使用网络工具，将通信史这一知识方面整理成以下文字，用以自我提高以及与大家共同进步。 人类进行通信的历史悠久。历史上最早的通信手段和现在一样是“无线”的，如利用以火光传递信息的烽火台，通常大家认为这是最早传递消息的方式了。事实上不是，在我国和非洲古代，击鼓传信是最早最方便的办法，非洲人用圆木特制的大鼓可传声至三四公里远，再通过“鼓声接力”和专门的“击鼓语言”，可在很短的时间内把消息准确地传到50公里以外的另一个部落。其实，不论是击鼓、烽火、旗语，还是今天的移动通信，要实现消息的远距离传送，都需要中继站的层层传递，消息才能到达目的地。不过，由于那时人类还没有发现电，所以要想畅通快速地实现远距离传递消息只有等待了…… 19世纪中叶以后，随着电报、电话的发明，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，实现了利用金属导线来传递信息，甚至通过电磁波来进行无线通信，使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列技术革新，开始了人类通信的新时代。 1837年，美国人塞缪乐·莫乐斯成功地研制出世界上第一台电磁式电报机。他利用自己设计的电码，可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。 1864年，英国物理学家麦克斯韦建立了一套电磁理论，预言了电磁波的存在，说明了电磁波与光具有相同的性质，两者都是以光速传播的。1875年，苏格兰青年亚历山大·贝尔发明了世界上第一台电话机。1878年在相距300公里的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验，并获得了成功，后来就成立了著名的贝尔电话公司。1888年，德国青年物理学家海因里斯·赫兹用电波环进行了一系列实验，发现了电磁波的存在，他用实验证明了麦克斯韦的电磁理论，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。 电磁波的发现产生了巨大影响。不到6年的时间，俄国的波波夫、意大利的马可尼分别发明了无线电报，实现了信息的无线电传播，其他的无线电技术也如雨后春笋般涌现出来。 电磁波的发现也促使图像传播技术迅速发展起来。实现了电子扫描方式的电视发送和传输，制造出第一台符合实用要求的电视摄像机。经过人们的不断探索和改进，一些国家相继建立了超短波转播站，电视迅速普及开来。 图像传真也是一项重要的通信。1980年后，传真技术向综合处理终端设备过渡，除承担通信任务外，它还具备图像处理和数据处理的能力，成为综合性处理终端。静电复印机、磁性录音机、雷达、激光器等等都是信息技术史上的重要发明。 随着电子技术的高速发展，军事、科研迫切需要解决的计算工具也大大改进。微电子技术极大地推动了电子计算机的更新换代，使电子计算机显示了前所未有的信息处理功能，成为现代高新科技的重要标志。 随着国民经济和社会发展的信息化，人们要通信息化开创新的工作方式、管
溅射镀膜过程主要是将欲沉积成薄膜的材料制成靶材，固定在溅射沉积系统的阴极上，待沉积薄膜的基片放在正对靶面的阳极上。溅射系统抽至高真空后充入氩气等，在阴极和阳极之间加几千伏的高压，阴阳极之间会产生低压辉光放电。放电产生的等离子体中，氩气正离子在电场作用下向阴极移动，与靶材表面碰撞，受碰撞而从靶材表面溅射出的靶材原子称为溅射原子，溅射原子的能量一般在一至几十电子伏范围，溅射原子在基片表面沉积而后成膜。溅射镀膜就是利用低气压辉光放电产生的氩气正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材，把靶材中的原子或分子等粒子溅射出而沉积到基片或者工件表面，形成所需的薄膜层。但是溅射镀膜过程中溅射出的粒子的能量很低，导致成膜速率不高。 磁控溅射技术是为了提高成膜速率在溅射镀膜基础上发展起来的，在靶材表面建立与电场正交的磁场，氩气电离率从０．３％～０．５％提高到了５％～６％，这样就解决了溅射镀膜沉积速率低的问题，是目前工业上精密镀膜的主要方法之一［１］。可制备成磁控溅射阴极靶材的原料很广，几乎所有金属、合金以及陶瓷材料都可以制备成靶材。磁控溅射镀膜在相互垂直的磁场和电场的双重作用下，沉积速度快，膜层致密且与基片附着性好，非常适合于大批量且高效率的工业化生产。 1磁控溅射的工艺流程 在磁控溅射过程中，具体工艺过程对薄膜性能影响很大，主要工艺流程如下［２］：（１）基片清洗，主要是用异丙醇蒸汽清洗，随后用乙醇、丙酮浸泡基片后快速烘干，以去除表面油污；（２）抽真空，真空须控制在２×１０４Ｐａ以上，以保证薄膜的纯度；（３）加热，为了除去基片表面水分，提高膜与基片的结合力，需要对基片进行加热，温度一般选择 在１５０℃～２００℃之间；（４）氩气分压，一般选择在０．０ｌ～ｌＰａ范围内，以满足辉光放电的气压条件；（５）预溅射，预溅射是通过离子轰击以除去靶材表面氧化膜，以免影响薄膜质量；（６）溅射，氩气电离后形成的正离子在正交的磁场和电场的作用下，高速轰击靶材，使溅射出的靶材粒子到达基片表面沉积成膜；（７）退火，薄膜与基片的热膨胀系数有差异，结合力小，退火时薄膜与基片原子相互扩散可以有效提高粘着力。 2磁控溅射镀膜技术的发展 近年来磁控溅射技术发展非常迅速，代表性方法有非平衡磁控溅射、反应磁控溅射及高速溅射等等。 平衡磁控溅射技术：即最传统的磁控溅射技术，将永磁体或电磁线圈放到在靶材背后，在靶材表面会形成与电场方向垂直的磁场。在高压作用下氩气电离成等离子体，Ａｒ＋离子经电场加速轰击阴极靶材，靶材二次电子被溅射出，且电子在相互垂直的电场及磁场作用下，被束缚在阴极靶材表面附近，增加了电子与气体碰撞的几率，即增加了氩气电离率，使氩气在低气体下也可维持放电，因而磁控溅射既降低了溅射气体压力，同时也提高了溅射效率及沉积速率［３］。但传统磁控溅射有一些缺点，比如：低气压放电产生的电子和溅射出的靶材二次电子都被束缚在靶面附近大约６０ｍｍ的区域内，这样工件只能被安放在靶表面５０～１００ｍｍ的范围内。这样小的镀膜区间限制了待镀工件的尺寸，较大的工件或装炉量不适合传统方法。 非平衡磁控溅射技术：这种磁控溅射方法部分解决了平衡磁控溅射的不足，是将靶面的等离子体引到靶前２００～３００ｍｍ的范围内，使阳极基片沉浸在等离子体中，减少了粒子移动的距离，离子束起到辅助沉积的作用［４］。然而单独的非平衡磁控靶在基片上很难沉积出均匀的薄膜层， 为此研究人员开发出了多靶非平衡磁控溅射镀膜系统，弥补了单靶非平衡磁控溅射的不足。 反应磁控溅射：随着表面工程技术的发展，越来越多地用到各种化合物薄膜材料。可以直接使用化合物材料制作的靶材通过溅射来制备化合物薄膜，也可在溅射金属或合金靶材时，通入一定的反应气体，通过发生化学反应制备化合物薄膜，后者被称为反应磁控溅射。一般来说纯金属作为靶材和气体反应较容易得到高质量的化合物薄膜，因而大多数化合物薄膜是用纯金属为靶材的反应溅磁控射来制备的［５］。 中频磁控溅射：这种镀膜方法是将磁控溅射电源由传统的直流改为中频交流电源。在溅射过程中，当系统所加电压处在交流电负半周期时，靶材被正离子轰击而溅射，而处于正半周期时，靶材表面被等离子体中的电子轰击而溅射，同时靶材表面累积的正电荷被中和，打弧现象得到抑制。中频磁控溅射电源的频率通常在１０～８０ｋＨｚ之间，频率高，正离子被加速的时间就短，轰击靶材时的能量就低，溅射沉积速率随之下降。中频磁控溅射系统一般有两个靶，这两个靶周期性轮流作为阴极和阳极，一方面减小了基片溅伤；另一方面也消除了打弧现象。 高速溅射与自溅射：随着工业发展和表面工程的需求，高速溅射与自溅射等新型磁控溅射成膜方法成为镀膜领域新的发展趋势。高速溅射能够缩短镀膜时间，提高沉积速率，当溅射速率非常高，以至于在没有惰性气体氩气的情况下也能维持辉光放电，这种溅射方法称为自溅射［６］。高速溅射与自溅射中，被溅射材料的离子、电子化以及减少甚至取消惰性气体，都明显影响薄膜的形成机理，因此，可以制备出特殊性能的薄膜材料。 ①基金项目：河南科技大学实验技术开发基金（ＳＹ１１１２００８）； 科研创新能力培育基金（２０１２ＺＣＸ０１７）。 作者简介：马景灵（１９７０—），女，河南科技大学副教授，博士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｊｉｎｇｌｉｎｇ．ｓｔｕｄｅｎｔ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。 磁控溅射镀膜技术的发展及应用① 马景灵 任风章 孙浩亮 (河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 471023) 摘 要：近年来，随着新材料的开发，尤其是薄膜材料的发展和应用，带动磁控溅射沉积技术的飞速发展，在科学研究领域和工业生产中有着不可替代的重要作用。本文主要介绍了磁控溅射沉积技术的工艺过程及其发展情况，各种主要磁控溅射镀膜技术的特点，并介绍磁控溅射技术在各个领域的主要应用。关键词：磁控溅射 镀膜 辉光放电中图分类号：Ｇ４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－９７９５（２０１３）１０（ｂ）－０１３６－０２ (下转138页)