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磁控溅射镀膜原理及工艺

磁控溅射镀膜原理及工艺
磁控溅射镀膜原理及工艺

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域内,并且在该区域中电离出大量的Ar正离子来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。随着碰

撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐

远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基

片上。由于该电子的能量很低,传递给基片的能

量很小,致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒

子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的

散射过程,和靶原子碰撞,把部分动量传给靶原

子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成级联过

程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量,离开靶被溅射出来。

1.1磁控溅射种类

磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。

1.1.1技术分类

磁控溅射在技术上可以分为直流(DC)磁控溅射、中频(MF)磁控溅射、射频(RF)磁控溅射。

D C MF RF

电源价格便宜一般昂贵靶材圆靶/矩形靶平面靶/旋转靶试验室一般用圆平面靶靶材材质要求导体无限制无限制

抵御靶中毒能力弱强强应用金属金属/化合物工业上不采用此法

可靠性好较好较好

2.1溅射变量

2.1.1电压和功率

在气体可以电离的压强范围内如果改变施加的电压,电路中等离子体的阻抗会随之改变,引起气体中的电流发生变化。改变气体中的电流可以产生更多或更少的离子,这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速率。一般来说:提高电压可以提高离化率。这样电流会增加,所以会引起阻抗的下降。提高电压时,阻抗的降低会大幅度地提高电流,即大幅度提高了功率。如果气体压强不变,溅射源下的基片的移动速度也是恒定的,那么沉积到基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围内,功率的提高与溅射速率的提高是一种线性的关系。

2.1.2气体环境

真空系统和工艺气体系统共同控制着气体环境。首先,真空泵将室体抽到一个高真空(大约为10-6torr)。然后,由工艺气体系统(包括压强和流量控制调节器)充入工艺气体,将气体压强降低到大约2×10-3torr。为了确保得到适当质量的同一膜层,工艺气体必须使用纯度为99.995%的高纯气体。在反应溅射中,在反应气体中混合少量的惰性气体(如氩)可以提高溅射速率。

2.1.3 气体压强

将气体压强降低到某一点可以提高离子的平均自由程、进而使更多的离子具有足够的能量去撞击阴极以便将粒子轰击出来,也就是提高溅射速率。超过该点之后,由于参与碰撞的分子过少则会导致离化量减少,使得溅射速率发生下降。如果气压过低,等离子体就会熄灭同时溅射停止。提高气体压强可以提高离化率,但是也就降低了溅射原子的平均自由程,这也可以降低溅射速率。能够得到最大沉积速率的气体压强范围非常狭窄。如果进行的是反应溅射,由于它会不断消耗,所以为了维持均匀的沉积速率,必须按照适当的速度补充新的反应气体。

2.1.4 传动速度

玻璃基片在阴极下的移动是通过传动来进行的。降低传动速度使玻璃在阴极范围内经过的时间更长,这样就可以沉积出更厚的膜层。不过,为了保证膜层的均匀性,传动速度必须保持恒定。镀膜区内一般的传动速度范围为每分钟0 ~ 600 英寸(大约为0 ~ 15.24 米)之间。根据镀膜材料、功率、阴极的数量以及膜层的种类的不同,通常的运行范围是每分钟90 ~ 400(大约为2.286 ~ 10.16 米)英寸之间。

2.1.5 距离与速度及附着力

为了得到最大的沉积速率并提高膜层的附着力,在保证不会破坏辉光放电自身的前提下,基片应当尽可能放置在离阴极最近的地方。溅射粒子和气体分子(及离子)的平均自由程也会在其中发挥作用。当增加基片与阴极之间的距离,碰撞的几率也会增加,这样溅射粒子到达基片时所具有的能力就会减少。所以,为了得到最大的沉积速率和最好的附着力,基片必须尽可能地放置在靠近阴极的位置上。

2.2系统参数

工艺会受到很多参数的影响。其中,一些是可以在工艺运行期间改变和控制的;而另外一些则虽然是固定的,但是一般在工艺运行前可以在一定范围内进行控制。两个重要的固定参数是:靶结构和磁场。

2.2.1靶结构

每个单独的靶都具有其自身的内部结构和颗粒方向。由于内部结构的不同,两个看起来完全相同的靶材可能会出现迥然不同的溅射速率。在镀膜操作中,如果采用了新的或不同的靶,应当特别注意这一点。如果所有的靶材块在加工期间具有相似的结构,调节电源,根据需要提

高或降低功率可以对它进行补偿。在一套靶中,由于颗粒结构不同,也会产生不同的溅射速率。

加工过程会造成靶材内部结构的差异,所以即使是相同合金成分的靶材也会存在溅射速率的差异。同样,靶材块的晶体结构、颗粒结构、硬度、应力以及杂质等参数也会影响到溅射速率,而这些则可能会在产品上形成条状的缺陷。这也需要在镀膜期间加以注意。不过,这种情况只有通过更换靶材才能得到解决。靶材损耗区自身也会造成比较低下的溅射速率。这时候,为了得到优良的膜层,必须重新调整功率或传动速度。因为速度对于产品是至关重要的,所以标准而且适当的调整方法是提高功率。

2.2.2磁场

用来捕获二次电子的磁场必须在整个靶面上保持一致,而且磁场强度应当合适。磁场不均匀就会产生不均匀的膜层。磁场强度如果不适当(比如过低),那么即使磁场强度一致也会导致膜层沉积速率低下,而且可能在螺栓头处发生溅射。这就会使膜层受到污染。如果磁场强度过高,可能在开始的时候沉积速率会非常高,但是由于刻蚀区的关系,这个速率会迅速下降到一个非常低的水平。同样,这个刻蚀区也会造成靶的利用率比较低。

2.3可变参数

在溅射过程中,通过改变改变这些参数可以进行工艺的动态控制。这些可变参数包括:功率、速度、气体的种类和压强。

2.3.1功率

每一个阴极都具有自己的电源。根据阴极的尺寸和系统设计,功率可以在0 ~ 150KW(标称值)之间变化。电源是一个恒流源。在功率控制模式下,功率固定同时监控电压,通过改变输出电流来维持恒定的功率。在电流控制模式下,固定并监控输出电流,这时可以调节电压。施加的功率越高,沉积速率就越大。

2.3.2速度

另一个变量是速度。对于单端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0 ~ 600英寸(大约为0 ~ 15.24米)之间选择。对于双端镀膜机,镀膜区的传动速度可以在每分钟0 ~ 200英寸(大约为0 ~ 5.08米)之间选择。在给定的溅射速率下,传动速度越低则表示沉积的膜层越厚。

2.3.3气体

最后一个变量是气体。可以在三种气体中选择两种作为主气体和辅气体来进行使用。它们之间,任何两种的比率也可以进行调节。气体压强可以在1 ~ 5×10-3 torr之间进行控制。

2.3.4阴极/基片之间的关系

在曲面玻璃镀膜机中,还有一个可以调节的参数就是阴极与基片之间的距离。平板玻璃镀

膜机中没有可以调节的阴极。

3试验

3.1试验目的

①熟悉真空镀膜的操作过程和方法。

②了解磁控溅射镀膜的原理及方法。

③学会使用磁控溅射镀膜技术。

④研究不同工作气压对镀膜影响。

3.2试验设备

SAJ-500超高真空磁控溅射镀膜机(配有纯铜靶材);氩气瓶;陶瓷基片;擦镜纸。

3.3试验原理

3.3.1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强力磁铁,真空室充入0.1~10Pa 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。

3.4试验过程

3.4.1准备过程

(1)动手操作前认真学习讲操作规程及有关资料,熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、操作程序与注意事项,保证安全操作。

(2)清洗基片。用无水酒精清洗基片,使基片镀膜面清洁无脏污后用擦镜纸包好,放在干燥器内备用。

(3)镀膜室的清理与准备。先向真空腔内充气一段时间,然后升钟罩,装好基片,清理镀膜室,降下钟罩。

3.4.2试验主要流程

(1)打开总电源,启动总控电,升降机上升,真空腔打开后,放入需要的基片,确定基片位置(A、B、C、D),确定靶位置(1、2、3、4,其中4为清洗靶)。

(2)基片和靶准备好后,升降机下降至真空腔密封(注意:关闭真空腔时用手扶着顶盖,以控制顶盖与强敌的相对位置,过程中注意安全,小心挤压到手指)。

(3)启动机械泵,抽一分钟左右之后,打开复合真空计,当示数约为10E-1量级时,启动

分子泵,频率为400HZ (默认),同时预热离子清洗打开直流或射流电源及流量显示仪。

(4)(选择操作)打开加热控温电源。启动急停控制,报警至于通位置,功能选则为烘烤。 (5)但真空度达到5×10-4Pa 时,关闭复合真空计,开启电离真空计,通氩气(流量20L/min ),打开气路阀,将流量计Ⅰ拨至阀控档,稳定后打开离子源,依次调节加速至200V~250V ,中和到12A 左右,阳极80V ,阴极10V ,屏极300V 。从监控程序中调出工艺设置文件,启动开始清洗。

(6)清洗完成后,按离子源参数调节相反的顺序将各参数归零,关闭离子源,将流量计Ⅱ置于关闭档。

(7)流量计Ⅰ置于阀控档(看是否有读数,一般为30。否则查明原因),调节控制电离真空计示数约1Pa ,调节直流或射频电源到所需功率,开始镀膜。

(8)镀膜过程中注意设备工作状态,若工艺参数有异常变化应及时纠正或停止镀膜,问题解决后方可重新镀膜。

(9)镀膜完毕后,关闭直流或射频电源,关闭氩气总阀门。将挡板逆时针旋至最大通路。当气罐流量变为零后,关闭流量计Ⅱ,继续抽半个小时到两个小时。

(10)关闭流量显示仪和电离真空计,停止分子泵,频率降至100HZ 后关闭机械泵,5分钟后关闭分子泵,关闭总电源。

备注:纯铜含铜率≥99.99%

由工作气压与沉积率的关系表可以看出:在其他参数不变的条件下,随着工作气压的增大,沉积速率先增大后减小。在某一个最佳工作气压下,有一个对应的最大沉积速率。

3.5.1试验结果分析

气体分子平均自由程与压强有如下关系

其中λ为气体分子平均自由程, k 为玻耳兹曼常数,T 为气体温度, d 为气体分子直径, p 为气体压强。由此可知,在保持气体分子直径和气体温度不变的条件下,如果工作压强增大,则气体分子平均自由程将减小,溅射原子与气体分子相互碰撞次数将增加,二次电子发射将增

p d kT

2π2=

λ

强。

而当工作气压过大时,沉积速率会减小,原因有如下两点:

(1)由于气体分子平均自由程减小,溅射原子的背反射和受气体分子散射的几率增大,而且这一影响已经超过了放电增强的影响。溅射原子经多次碰撞后会有部分逃离沉积区域,基片对溅射原子的收集效率就会减小,从而导致了沉积速率的降低。

(2)随着Ar气分子的增多,溅射原子与Ar气分子的碰撞次数大量增加,这导致溅射原子能量在碰撞过程中大大损失,致使粒子到达基片的数量减少,沉积速率下降。

3.6结论

通过试验及对结果的分析可以得出如下结论:在其他参数不变的条件下,随着工作气压的增大,沉积率先增大后减小。在某一个最佳工作气压下,有一个对应的最大沉积率。

虽然以上工作气压与沉积率的关系规律只是在纯铜靶材和陶瓷基片上得到的,但对其他不

同靶材与基片的镀膜工艺研究也具有一定的参考价值。

参考文献

[1]王增福. 实用镀膜技术. 电子工业出版社,2008.

[2]程守洙,江之永. 普通物理学. 北京:高等教育出版社, 1982.

[3]严一心,林鸿海. 薄膜技术. 北京:兵器工业出版社,1994.

[4]KumruM.[J ].Thin Solid Films.1991.

磁控溅射镀膜原理和工艺设计

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

真空蒸发和离子溅射镀膜

实验一真空蒸发和离子溅射镀膜 随着材料科学的发展,近年来薄膜材料作为其中的一个重要分支从过去体材料一统天下的局面中脱赢而出。如过去需要众多材料组合才能实现的功能,现在仅需数几个器件或一块 集成电路板就能完成,薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。薄膜技术 还可以将各种不同的材料灵活的复合在一起,构成具有优异特性的复杂材料体系,发挥每种 材料各自的优势,避免单一材料的局限性。薄膜的应用范围越来越宽,按其用途可分为光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜、信息存储薄膜、防护功能薄膜等。目前,薄膜材料在科学技术和社会经济各个领域发挥着越来越重要的作用。因此薄膜材料的制 备和研究就显得非常重要。 薄膜的制备方法可分为物理法、化学法和物理化学综合法三大类。物理法主要指物理气 相沉积技术(Physical Vapor Deposition, 简称PVD),即在真空条件下,采用各种物理方法 将固态的镀膜材料转化为原子、分子或离子态的气相物质后再沉积于基体表面,从而形成固 体薄膜的一类薄膜制备方法。物理气相沉积过程可概括为三个阶段: 1.从源材料中发射出粒 子;2.粒子输运到基片;3.粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。由于粒子发射可以采用不同的方式,因而物理气相沉积技术呈现出各种不同形式,主要有真空蒸发镀膜、溅射镀膜 和离子镀膜三种主要形式。在这三种PVD基本镀膜方法中,气相原子、分子和离子所产生的方式和具有的能量各不相同,由此衍生出种类繁多的薄膜制备技术。本实验主要介绍了真空 蒸发和离子溅射两种镀膜技术。在薄膜生长过程中,膜的质量与真空度、基片温度、基片清 洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等有关。在溅射薄膜的生长过程中,气体流量(压力)也会对形成的薄膜的性质产生影响。通过改变镀膜条件,即可得到性质炯异的薄膜材料。 对制备的薄膜材料,可通过 X射线衍射、电子显微镜(扫描电镜、透射电镜等)、扫描探针(扫描隧道显微镜、原子力显微镜等)以及光电子能谱、红外光谱等技术来进行分析和 表征,还可通过其它现代分析技术测试薄膜的各种相应特性等。 【实验目的】 1?掌握溅射的基本概念,学习直流辉光放电的产生过程和原理; 2?掌握几种主要溅射镀膜法基本原理及其特点,掌握真空镀膜原理; 3.掌握真空镀膜和溅射镀膜的基本方法; 4?熟悉金属和玻璃片的一般清洗技术,学习薄膜厚度的测量方法; 5.了解真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等 因素,在薄膜生长过程中对形成薄膜性质的影响。 【实验原理】 一真空蒸发镀膜原理 任何物质在一定温度下,总有一些分子从凝聚态(固态,液态)变成为气态离开物质表 面,但固体在常温常压下,这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时,在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力,并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空度高,分子平均自由程—远大于蒸发器到被镀物的距离d时(一般要求2~ 3 d ),材料的蒸气分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。在化学吸附(化学键力引起 的吸附)和物理吸附(靠分子间范德瓦尔斯力产生的吸附)作用下,蒸气分子就吸附在基片

溅射技术及其发展的历程

溅射技术及其发展的历程 1842年格洛夫(Grove)在实验室中发现了阴极溅射现象。他在研究电子管阴极腐蚀问题时,发现阴极材料迁移到真空管壁上来了。但是,真正应用于研究的溅射设备到1877年才初露端倪。迄后70年中,由于实验条件的限制,对溅射机理的认同长期处于模糊不请状态,所以,在1950年之前有关溅射薄膜特性的技术资料,多数是不可*的。19世纪中期,只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中,采用溅射技术。1970年后出现了磁控溅射技术,1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世,大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代,溅射技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域。最近15年来,进一步发展了一系列新的溅射技术,几乎到了目不暇接的程度。在21世纪来临的时刻,回顾一下溅射技术发展的历程,寻找其中某些规律性的思路,看来是有一定意义的。 1.最初溅射技术改革的原动力主要是围绕着提高辉光等离子体的离化率,增强离化的措施包括: [1]热电子发射增强—由原始的二极溅射演变出三极溅射。三极溅射应用的实际效果对离化率增强的幅度并不大,但是对溅射过程中,特别是在反应溅射过程中,工艺的可控性有明显地改善。 [2]电子束或电子弧柱增强—演变出四极溅射。Balzers一直抓住这条线,形成有其特色的产品系列,最近几年推出在中心设置一个强流热电子弧柱,配合上下两个调制线圈,再加上8对孪生靶,组合成新型纳米涂层工具镀膜机。是一个典型实例。 [3]磁控管模式的增强溅射—磁控溅射。利用磁控管的原理,将等离子体中原来分散的电子约束在特定的轨道内运转,局部强化电离,导致靶材表面局部强化的溅射效果。号称为“高速、低温”溅射技术。磁控溅射得到广泛应用的原因,除了效果明显之外,结构不复杂是一个重要的因数,大面积的溅射镀膜工艺得到推广。应该看到,靶面溅射不均匀导致靶材利用率低是其固有的缺点。 [4]最近有人推出离子束增强溅射模式。采用宽束强流离子源,配合磁场调制,与普通的二极溅射结合组成一种新的溅射模式。他不同于使用窄束高能离子束进行的离子束溅射(这种离子束溅射的溅射速率低),采用宽束强流离子源,配合磁场调制后,既有离子束溅射的效果,更重要的是具有直接向等离子体区域供应离子的增强溅射效果。同时还可以具有离子束辅助镀膜的效果。 2.1985年之后,溅射模式的变革增加了新的目标,除了继续追求高速率之外,追求反应溅射稳定运行的目标、追求离子辅助镀膜—获得高质量膜层的目标、等等综合优越性的追求目标日益增强。例如: [1]捷克人J.Musil在研究低压强溅射的工作中,在磁控溅射的基础上,重复使用各种原来在二极溅射增强溅射中使用过的手段。从“低压强溅射”一直发展到“自溅射”效应。其中大部分工作仍然处于实验室阶段。 [2]针对立体工件获得均匀涂层和色泽,Leybold推出对靶溅射运行模式。在随后不断改进的努力下,对靶溅射工艺仍然具有涂层质量优异的美名。 [3]针对膜层组分可随意调节的目标,推出非对称溅射的运行模式。我国清华大学范毓殿教授采用调节溅射靶磁场强度的方法,进行了类似的工作。 [4]推出非平衡溅射的运行模式最基本的目的是为了改善膜层质量,呈现离子辅助溅射的效果。后来,一些研究工作扩展磁场增强的布局,磁场在真空室内无处不在,看来效果并不理想,“非平衡”的热潮才逐渐降温。 [5]1996年Leybold 推出多年研发的成果:中频交流磁控溅射(孪生靶溅射)技术,消除了阳极”消失”效应和阴极“中毒”问题,大大提高了磁控溅射运行的稳定性,为化合物薄膜的工业化大规模生产奠定了基础。最近在中频电源上又提出短脉冲组合的中频双向供电模式,运行稳定性进一步提高。 [6]最近英国Plasma Quest Limited(PQL)公司推出S400型专利产品,名为“高密度等离子体发送系统”(High Plasma Launch System),属于上面提到的离子束增强二极溅射模式。其特点是:高成膜速率、

溅射镀膜

溅射镀膜介绍 一: 溅射镀膜应用: 溅射镀膜主要用于半导体生产的金属薄膜的生长.如下图的金属层1到金属层6都是运用溅射镀膜所生产. 溅射镀膜到形成所需的金属线的过程为: 溅射镀膜--→光照显影--→蚀刻(形成金属连接线) 二: 溅射镀膜原理 溅射淀积(溅射)是另一种老工艺,能够适应现代半导体制造需要。它几乎可以在任何衬底上淀积任何材料,而且广泛应用在人造珠宝涂层,镜头和眼镜的光学涂层的制造。

在真空反应室中,由镀膜所需的金属构成的固态厚板被称为靶材(target)(图1),靶材接阴极,衬底接阳极并接地。首先将氩气充入室内,并且电离成正电荷。带正电荷的氩离子被不带电的靶吸引,加速冲向靶。在加速过程中这些离子受到引力作用,获得动量,轰击靶材。这样在靶上就会出现动量转移现象(momentum transfer)。正如在桌球,球杆把能量传递到其他球,使它们分散一样,氩离子轰击靶,引起其上的原子分散。被氩离子从靶上轰击出的原子和分子进入反应室。这就是溅射过程。从靶上轰击出原材料之后,氩离子、轰击出的原材料、气体原子和溅射工艺所产生的电子在靶前方形成一个等离子区域。等离子区是可见的,呈现紫色。而黑色区域将等离子区和靶分开,我们称之为暗区(dark space)。 图1 溅射工艺的原理 被轰击出的原子或分子散布在反应室中,其中一部分渐渐地停落在晶圆上,形成薄膜,溅射工艺的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发生化学或合成变化。形成薄膜的过程有如下几个过程(图2所示): 1长晶 2 晶粒成长 3 晶粒聚集 4 缝隙填补 5 沉积膜的成长

图2 溅射工艺的原理 三:溅射镀膜相对于真空蒸发优点: 1 靶材的成分不会改变。这种特征的直接益处就是有利于合金膜和绝缘膜的淀积。合金真空蒸发的问题在前一部分已作描述。对于溅射工艺来说,含有2%铜的铝靶材就可以在晶圆上生长出含有2%铜的铝薄膜。 2 阶梯覆盖度也可以通过溅射改良。蒸发来自于点源,而溅射来自平面源。因为金属微粒被从靶材各个点溅射出来的,所以在到达晶圆承载台时,它们可以从各个角度覆盖晶圆表面。阶梯覆盖度还可以通过旋转晶圆和加热晶圆,得到进一步的优化。 3溅射形成的薄膜对晶圆表面的粘附性也比蒸发工艺提高很多。首先,轰击出的原子在到达晶圆表面时的能量越高,因而所形成薄膜的粘附性就越强。其次,反应室中的等离子环境有“清洁”5晶圆表面的作用,从而增强了粘附性。因此在淀积薄膜之前,将晶圆承载台停止运动,对晶圆表面溅射一小段时间,可以提高粘附性和表面洁净度。在这种模式下,溅射系统所起的作用与在第十章介绍的离子刻蚀(溅射刻蚀,反溅射)设备一样。 4溅射最大的贡献恐怕就是对薄膜特性的控制了。这种控制是通过调节溅射参数达到的,包括压力、薄膜淀积速率和靶材。通过多种靶材的排列,一种工艺就可以溅射出像三明治一样的多层结构。 5清洁干燥的氩气(或氖气)可以保持薄膜的成分特征不变,而且低湿度可以阻止薄膜发生不必要的氧化。反应室装载晶圆之后,泵开始抽气(向外),将其压力减小到1×10-9托左右。然后充入氩气,并使其电离。要严格控制进入室内的氩气的量,因为氩气增多会造成室内压力升高。由于氩气和轰击出的原材料存在,室内压力将上升到大约10-3托。 四:溅射分类: 1直流溅射 在反应室中,靶接负电压呈阴极;而衬底呈阳极。带负电的靶驱逐电子,使其加速飞向阳极。在运动过程中,电子与氩原子碰撞,使氩原子电离成氩离子。具有正电性的氩离子加速飞向靶,开始溅射工艺。氩离子(+)和靶(-)形成了两极。

磁控溅射镀膜简介

磁控溅射镀膜简介 溅射薄膜靶材按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜相物理功能膜两大类。前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料, 后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料靶材等, 具体应用在玻璃涂层(各种建筑玻璃、ITO透明导电玻璃、家电玻璃、高反射后视镜及亚克力镀膜), 工艺品装饰镀膜, 高速钢刀具镀膜, 切削刀具镀膜, 太阳能反光材料镀膜, 光电、半导体、光磁储存媒体、被动组件、平面显示器、微机电、光学组件、及各类机械耐磨、润滑、生物医学, 各种新型功能镀膜(如硬质膜、金属膜、半导体膜、介质膜、碳膜、铁磁膜和磁性薄膜等) 采用Cr,Cr-CrN等合金靶材或镶嵌靶材,在N2,CH4等气氛中进行反应溅射镀膜,可以在各种工件上镀Cr,CrC,CrN等镀层。纯Cr的显微硬度为425~840HV,CrN为1000~350OHV,不仅硬度高且摩擦系数小,可代替水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆、速率慢,而且会产生环境污染问题。 用TiN,TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面,摩擦系数小,化学稳定性好,具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能,既可以提高刀具、模具等的工作特性,又可以提高使用寿命,一般可使刀具寿命提高3~10倍。 TiN,TiC,Al2O3等膜层化学性能稳定,在许多介质中具有良好的耐蚀性,可以作为基体材料保护膜。溅射镀膜法和液体急冷法都能制取非晶态合金,其成分几乎相同,腐蚀特性和电化学特性也没有什么差别,只是溅射法得到的非晶态膜阳极电流和氧化速率略大。

在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油,只有用软金属或层状物质等固体润滑剂。常用的固体润滑剂有软金属(Au,Ag,Pb,Sn等),层状物质(MoS2,WS2,石墨,CaF2,云母等),高分子材料(尼龙、聚四氟乙烯等)等。其中溅射法制取MoS2膜及聚四氟乙烯膜十分有效。虽然MoS2膜可用化学反应镀膜法制作,但是溅射镀膜法得到的MoS2膜致密性好,附着性优良。MoS2溅射膜的摩擦系数很低,在0.02~0.05范围内。MoS2在实际应用时有两个问题:一是对有些基体材料如Ag,Cu,Be等目前还不能涂覆;二是随湿度增加,MoS2膜的附着性变差。在大气中使用要添加Sb2O3等防氧化剂,以便在MoS2表面形成一种保护膜。 溅射法可以制取聚四氟乙烯膜。试验表明,这种高分子材料薄膜的润滑特性不受环境湿度的影响,可长期在大气环境中使用,是一种很有发展前途的固体润滑剂。其使用温度上限为5OoC,低于-260oC时才失去润滑性。 MoS2、聚四氟乙烯等溅射膜,在长时间放置后性能变化不大,这对长时间备用、突然使用又要求可靠的设备如防震、报警、防火、保险装置等是较为理想的固体润滑剂。 内容来源:宝钢代理商https://www.doczj.com/doc/ac500971.html, 欢迎多多交流!!!

磁控溅射镀膜多年经验总结

黑色实验总结 1、材料对比 ⑴ TiC TiC是最常见、最经济的一种黑色硬质膜。颜色可以做到比较深,耐磨性能也很好,但其色调不够纯正,总是黑中略带黄色。并且由于钛的熔点相对较低,在溅射时易出现大的颗粒,使其光令度不易得到改善。防指印的能力也不好,擦后变黄、变朦。 ⑵ CrC CrC的总体色调相对TiC要好,虽然达不到TiC那样黑,但更纯正,带白。由于铬在溅射时直接由固态直接变为气态,故虽然铬的溅射系数很大,膜层沉积速率很快,但其光令度却比TiC好。防指印性能也比TiC好。Cr为脆性材料,膜层的残余应力对耐磨性能的影响尤为重要。 ⑶ TiAlC 由于铝有细化晶粒的作用,所以TiAlC膜层的光令度和防指印的能力均较好。但是铝的熔点很低,要求铝靶的冷却效果要好,施加在铝靶上的功率也不能太大。从TiAlC膜层本身来说,也要求铝的含量要低,不然不够黑。但如果铝靶的功率太低,很容易中毒。建议采用平面铝靶或使用一定铝含量的铝钛合金靶材。 ⑷ TiCrAlC TiCrAlC是用小平面靶试电的,结果光令度和防指印的能力很好,这可能有两个原因:①材料本身的光令度和防指印的能力较好;②采用平面靶轰击打底。其耐磨能力也比较好,这可能是由于:①TiCrAl靶材致密;②TiCrAlC本身比较耐磨;③小平面靶的功率密度比较高,溅射出的粒子能量较高,故膜层致密。 ⑸ TiCN TiCN是一种硬度与耐磨性能较好的薄膜,其颜色甚至可以比TiC更黑,手摸起来不光滑,有粘粘的感觉,但防指印的能力却很好,擦后不会变色,也不会变朦。 2、实验机配置 ⑴ 电源 ① AE中频电源 AE电源的精度很高,对靶材的要求不高,电源自我保护的能力比较强,也因此对真空度等外界条件的要求更苛刻,易灭辉。镀出的CrC膜层光令度与防指印的效果较好,但颜色黑中带蓝。耐磨性能也是试过的电源中最好的。 ② 新达中频电源 新达电源的功率比较大,可以并机使用的它的一大优势。镀出的CrC膜层很黑,但带白,耐磨能力比AE电源镀出的膜层要查差。 ③ 盛普中频电源 盛普电源的稳定性相对其它电源来说要差一些,实际功率不大。镀出的CrC膜层略显黄色,

PVD镀膜工艺设计

PVD镀膜工艺 PVD镀膜工艺 1.装饰件材料(底材) (1)金属。不锈钢、钢基合金、锌基合金等。 (2)玻璃、陶瓷。 (3)塑料。abs、pvc、pc、sheet、尼龙、水晶等。 (4)柔性材料。涤纶膜、pc、纸张、布、泡沫塑料、钢带等。 2.装饰膜种类 (1)金属基材装饰膜层:tin、zrn、tic、crnx、ticn、crcn、ti02、al等。 (2)玻璃、陶瓷装饰膜层:tio2、cr2o3、mgf2、zns等。 (3)塑料基材装饰膜层:ai、cu、ni、si02、ti02、ito、mgf2。 (4)柔性材料装饰膜层:al、lto、ti02、zns等。 3.部分金属基材装饰膜颜色 金属基材装饰膜的种类和色调很多。表1为部分金属基材装饰膜的种类及颜色。 表1 部分金属基材装饰膜的种类及颜色膜层种类 色调 tinx 浅黄、金黄、棕黄、黑色 tic 浅灰色、深灰色 ticxny

赤金黄色、玫瑰金色、棕色、紫色 tin+ au 金色 zrn 金黄色 zrcxny 金色、银色 tio2 紫青蓝、绿、黄、橙红色 crnx 银白色 tixal-nx 金黄色、棕色、黑色 tixzral-nx 金黄色 3.装饰膜的镀制工艺 一.金属件装饰膜镀制工艺 比较成熟的镀膜技术有电弧离子镀、磁控溅射离子镀和复合离子镀。下面分别从各类镀膜技术中选取一种具有代表性的典型镀制工艺进行介绍。 1)用电弧离子镀的方法为黄铜电镀亮铬或镍手表壳镀制ticn膜。 采用小弧源镀膜机和脉冲偏压电源; (1)工件清洗、上架、入炉

工件在入炉之前要经过超声波清洗、酸洗和漂洗三道工序。 首先是在超声波清洗槽中放入按使用要求配制的金属清洗剂,利用超声波进行脱脂、清洗。清洗之后,进行酸洗,它可以中和超声波清洗时残余的碱液,还能起到活化处理的作用。然后进行漂洗以彻底除去酸液,漂洗时必须采用去离子纯净水或蒸馏水。经过三洗后,即时进行烘干,温度一般控制在100℃左右,时间为1h左右。也可以风吹干后马上人炉。 (2)镀膜前的准备工作 ①清洁真空镀膜室。用吸尘器将真空镀膜室清洁一遍。当经过多次镀膜时,真空镀膜室的内衬板还需作定期清洗,一般是半个月清洗一次。 ②检查电弧蒸发源。工作前,要确保电弧蒸发源发源安装正确,绝缘良好,引弧针控制灵活,程合适,恰好能触及阴极表面。 ③检查工件架的绝缘情况。工件架与地之间的绝缘必须须良好,负偏压电源与工件架的接触点点必须接触良好。 以上几项工作确保没有问题后,才可以关闭真空镀膜室的门,进行抽气和镀膜。 (3)抽真空 真空抽至6.6 x 10-3pa。开始是粗抽,从大气抽至5pa左右,用油扩散泵进行细抽。在粗抽时,可以烘烤加热至150℃。伴随镀膜室温度的升高,器壁放气会使真空度降低,然后又回升,等到温度回升到6.6 x 10-3pa时方可进行镀膜工作。 (4)轰击清洗 ①氩离子轰击清洗

真空蒸发和离子溅射镀膜

实验一 真空蒸发和离子溅射镀膜 随着材料科学的发展,近年来薄膜材料作为其中的一个重要分支从过去体材料一统天下的局面中脱赢而出。如过去需要众多材料组合才能实现的功能,现在仅需数几个器件或一块集成电路板就能完成,薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。薄膜技术还可以将各种不同的材料灵活的复合在一起,构成具有优异特性的复杂材料体系,发挥每种材料各自的优势,避免单一材料的局限性。薄膜的应用围越来越宽,按其用途可分为光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜、信息存储薄膜、防护功能薄膜等。目前,薄膜材料在科学技术和社会经济各个领域发挥着越来越重要的作用。因此薄膜材料的制备和研究就显得非常重要。 薄膜的制备方法可分为物理法、化学法和物理化学综合法三大类。物理法主要指物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition,简称PVD),即在真空条件下,采用各种物理方法将固态的镀膜材料转化为原子、分子或离子态的气相物质后再沉积于基体表面,从而形成固体薄膜的一类薄膜制备方法。物理气相沉积过程可概括为三个阶段:1.从源材料中发射出粒子;2.粒子输运到基片;3.粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。由于粒子发射可以采用不同的方式,因而物理气相沉积技术呈现出各种不同形式,主要有真空蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜三种主要形式。在这三种PVD 基本镀膜方法中,气相原子、分子和离子所产生的方式和具有的能量各不相同,由此衍生出种类繁多的薄膜制备技术。本实验主要介绍了真空蒸发和离子溅射两种镀膜技术。在薄膜生长过程中,膜的质量与真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等有关。在溅射薄膜的生长过程中,气体流量(压力)也会对形成的薄膜的性质产生影响。通过改变镀膜条件,即可得到性质炯异的薄膜材料。 对制备的薄膜材料,可通过X 射线衍射、电子显微镜(扫描电镜、透射电镜等)、扫描探针(扫描隧道显微镜、原子力显微镜等)以及光电子能谱、红外光谱等技术来进行分析和表征,还可通过其它现代分析技术测试薄膜的各种相应特性等。 【实验目的】 1.掌握溅射的基本概念,学习直流辉光放电的产生过程和原理; 2.掌握几种主要溅射镀膜法基本原理及其特点,掌握真空镀膜原理; 3.掌握真空镀膜和溅射镀膜的基本方法; 4.熟悉金属和玻璃片的一般清洗技术,学习薄膜厚度的测量方法; 5.了解真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等因素,在薄膜生长过程中对形成薄膜性质的影响。 【实验原理】 一 真空蒸发镀膜原理 任何物质在一定温度下,总有一些分子从凝聚态(固态,液态)变成为气态离开物质表面,但固体在常温常压下,这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时,在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力,并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空度高,分子平均自由程λ远大于蒸发器到被镀物的距离d 时(一般要求()d 3~2λ=),材料的蒸气分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。在化学吸附(化学键力引起

磁控溅射和电弧离子镀技术和应用介绍

薄膜/涂层制备技术 (磁控溅射和电弧离子镀)及应用
雷浩

薄膜/涂层的概念与特点
概念:薄膜/涂层是一类用特殊方法获得的,依 靠基体支撑并具有与基体不同的结构和性能的 二维材料。薄膜(Films):厚度 < 1m,如光电功 能薄膜等;涂层(Coatings):厚度 ≥ 1m,如硬质 涂层、防护涂层等。
薄膜/涂层特征: 1)厚度 (纳米,微米,毫米) 2)有基体支撑(不是单独存在的) 3)特殊的结构和性能(与块体材料相区别) 4)特殊的形成方式

薄膜/涂层的概念与特点与分类
应用: 光学薄膜、微电子薄膜、光电子学薄膜、集成电路薄 膜、防护功能薄膜。
? 种类:
(1)以材料种类划分:金属、合金、陶瓷、半导体、化 合物、高分子薄膜等。 (2)以晶体结构划分:单晶、多晶、纳米晶、非晶 (3)以厚度划分:纳米薄膜,微米薄膜和厚膜。 (4)以薄膜组成结构划分:多层薄膜,梯度薄膜,复合 薄膜。

薄膜/涂层的种类及应用
? 电子工业:电极、电阻膜、电介质膜、绝缘膜、 透明导电膜、超导膜等。
? 光学工业:荧光膜、反射膜、增透膜、干涉膜 等。
? 机械工业:硬化膜、耐热膜、耐腐蚀膜等。 ? 能源工业:聚热膜、防反射膜、透射膜等。 ? 传感器:热敏、气敏、压敏、氧气传感器、红
外线传感器等。 ? 其它:装饰膜等。

薄膜和涂层的制备方法
湿式成膜 干式成膜
电镀 化学镀 微弧氧化 溶胶-凝胶膜
涂敷法(喷涂、甩胶、浸涂)
热浸渗(化学热处理)、热扩散法 电阻热蒸发
物理气相沉积 (PVD)
真空蒸发镀 溅射沉积
电子束蒸发 激光蒸发
电弧离子镀
化学气相沉积 (CVD)
等离子体增强CVD(PECVD) 辉光CVD,热丝CVD

溅射镀膜技术

溅射镀膜技术 薄膜是一种特殊的物质形态,由于其在厚度这一特定方向上尺寸很小,只是微观可测的量,而且在厚度方向上由于表面、界面的存在,使物质连续性发生中断,由此使得薄膜材料产生了与块状材料不同的独特性能。薄膜的制备方法很多,如气相生长法、液相生长法(或气、液相外延法)、氧化法、扩散与涂布法、电镀法等等,而每一种制膜方法中又可分为若干种方法。薄膜技术涉及的范围很广,它包括以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的成膜技术,以离子束刻蚀为代表的微细加工技术,成膜、刻蚀过程的监控技术,薄膜分析、评价与检测技术等等。现在薄膜技术在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术以及航天技术和光学仪器等各个领域都得到了广泛的应用,它们不仅成为一间独立的应用技术,而且成为材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段。 溅射是薄膜淀积到基板上的主要方法。溅射镀膜是指在真空室中,利用荷能粒子轰击镀料表面,使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。 一.溅射工艺原理 溅射镀膜有两类:离子束溅射和气体放电溅射 1. 离子束溅射:在真空室中,利用离子束轰击靶表面,使溅射出的粒子在基片

表面成膜。 特点:①离子束由特制的离子源产生 ②离子源结构复杂,价格昂贵 ③用于分析技术和制取特殊薄膜 2. 气体放电溅射:利用低压气体放电现象,产生等离子体,产生的正离子,被电场加速为高能粒子,撞击固体(靶)表面进行能量和动量交换后,将被轰击固体表面的原子或分子溅射出来,沉积在衬底材料上成膜的过程。 二. 工艺特点 1.整个过程仅进行动量转换,无相变 2.沉积粒子能量大,沉积过程带有清洗作用,薄膜附着性好 3.薄膜密度高,杂质少 4.膜厚可控性、重现性好 5.可制备大面积薄膜 6.设备复杂,沉积速率低。 三.溅射的物理基础——辉光放电 溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。整个溅射过程是建立在辉光放电的基础上,使气体放电产生正离子,并被加速后轰击靶材的离子离开靶,沉积成膜的过程。 不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式,包括:直流辉光放电—直流溅射、射频辉光放电—射频溅射和磁场中的气体放电—磁控溅射 1. 直流辉光放电指在两电极间加一定直流电压时,两电极间的稀薄气体(真空度约为13.3-133Pa)产生的放电现象。 2. 射频辉光放电指通过电容耦合在两电极之间加上射频电压,而在电极之间产生的放电现象。电子在变化的电场中振荡从而获得能量,并且与原子碰撞产生离子和更多的电子。 3. 电磁场中的气体放电在放电电场空间加上磁场,放电空间中的电子就要围绕磁力线作回旋运动,其回旋半径为eB/mv,磁场对放电的影响效果,因电场

EMI溅射镀膜的原理 - 硬件和射频工程师

什么是EMI 电磁兼容性(Electro magnetic Compatibility)缩写EMC,就是指某电子设备既不干扰其它设备,同时也不受其它设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样,是产品质量最重要的指标之一。安全性涉及人身和财产,而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。 电磁波会与电子元件作用,产生干扰现象,称为EMI(Electromagnetic Interference)。例如,TV 荧光屏上常见的“雪花”便表示接受到的讯号被干扰。 为什么要做EMI镀膜 一. 技术驱动力 设备的小型化使源与敏感器靠得很近。这使传播路径缩短,增加了干扰的机会。器件的小型化增加了它们对干扰的敏感度。由于设备越来越小并且便于携带,象汽车电话、膝上计算机等设备随处可用,而不一定局限于办公室那样的受控环境。这也带来了兼容性问题。例如,许多汽车装有包括防抱死控制系统在内的大量的电子电路,如果汽车电话与这个控制系统不兼容,则会引起误动作。 互联技术的发展降低了电磁干扰的阈值。例如,大规模集成电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限,而它们精细的几何尺寸的较低的电平下就受到电弧损坏。它们更快的同步操作产生更尖的电流脉冲,这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题。一般来说,高速数字电路比传统的模拟电路产生更多的干扰。 传统上,电子线路装在金属盒内,这种金属盒能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用。现在,为了减轻重量、降低成本,越来越多地采用塑料机箱。塑料机箱对与电磁干扰是透明的,因此敏感器件处于无保护的状态。 法律的变化也是驱动力之一。控制电磁发射和敏感度的强制标准的实施,迫使制造商们实施EMC计划。产品可靠性的法规将使可靠性成为头等重要的事项,因为一旦设备由于干扰而产生误动作造成伤害,制造商要承担法律责任。这对于医疗设备特别重要。 在竞争日益激烈的工业中,可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征。自动化设备,特别是医疗设备,必须连续工作,这时设备内的EMI屏蔽技术提高了设备的可靠性。 对于数据保密的要求是屏蔽市场发展的一个重要动力。已有报道揭露美国驻莫斯科使馆追究中的信息已被前苏联窃取到,这是通过接收使馆内设备产生的电磁能量来实现的。同样的技术也被用来截获密码,然后攻击银行计算机系统。通过屏蔽,设备的电磁发射能够减小,提高系统的安全性。 现在,人们越来越开始注意各种辐射对健康的影响。过量的X射线和紫外线照射的危险已经被充分证明了。现在讨论的焦点是微波和射频显示单元产生的辐射对妇女健康的伤害,因为已经有充分的证据说明在高压线附近生活会患疾病。 二. 法规和标准 现在有许多关于产品辐射和传导发射限制的国家标准和国际标准。有些还规定了对各种干扰的最低敏感度要求。通常,对于不同类型的电子设备有不同的标准。虽然一个产品要获得市场的成功,满足这些标准是必要的,但符合这些标准是自愿的。 但是,有些国家给出的是规范,而不是标准,因此要在这些国家销售产品,符合标准是强制性的。有些规范不仅规定了标准,还赋予当局罚没不符合产品的权力。 三. 市场因素 笔记本电脑,ADSL和移动电话等3C产品都会因高频电磁波干扰产生杂讯,影响通讯品质。另若人体长期暴露于强力电磁场下,则可能易患癌症病变。因此防电磁波干扰已是必备而且势在必行的制程。 怎么做EMI防护

磁控溅射镀膜的简介及其实际操作

磁控溅射镀膜的简介及其实际操作 作者:徐超群 作者单位:乐山师范学院物理与电子工程系 【摘要】溅射技术的最新成就之一是磁控溅射。对于二级溅射、偏压溅射、三级或四级溅射和射频溅射而言。它们的缺点是沉积速率较低,特别是阴极溅射。因为它们在放电过程中只有大约0.3~0.5%的气体分子被电离。为了在低气压下进行高速溅射,必须有效的提高气体的离化率。由于在磁控溅 射中引入了正交电磁场使离化率提高到5~6%。于是溅射速率比三级溅射提高10倍左右,对许多材料,溅射速率达到了电子束蒸发的水平。 【关键字】溅射电子电场磁场高速 1.磁控溅射的工作原理: 电子e在电厂E的作用下在飞向基板的过程中与Ar原子发生碰撞使其电离Ar+和一个新的电子e,电子飞向基片,Ar+在电场的作用下加速飞向阴极靶,并以高能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则由于不显电性而直接沉积在基片上形成薄膜。二次电子e一旦离开了靶面,就会同时受到电场和磁场的作用,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域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低。 综上所述:磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程,和靶原子碰撞,把部分动量传给靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成级联过程。

镀膜设备原理及工艺

镀膜设备原理及工艺 一.镀膜设备原理 1.磁控溅射: 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,,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,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。 简单说:真空溅镀室先由高真空泵抽至一定压力之后,通过恒压仪器或质量流量计向溅镀室内充入惰性气体(如氩气)至一恒定压力(如2×10-1Pa 或 5×10-1Pa)后,在磁控阴极靶上施加一定功率的直流电源或中频电源,在正负电极高压的作用下,阴极靶前方与阳极之间的气体原子被大量电离,产生辉光放电,电离的过程使氩原子电离为Ar+离子和可以独立运动的电子,在高压电场的作用下,电子飞向阳极,而带正电荷的Ar+离子则高速飞向作为阴极的靶材,并在与靶材的撞击过程中释放出其能量,获得相当高能量的靶材原子脱离其靶材的束缚而飞向基体,于是靶材粒子沉积在靶对面的基体上形成薄膜。 溅射产额Y随入射离子能量E变化的简单示意图,简称溅射曲线。从该图可以看出溅射产额随入射离子能量的变化有如下特征:存在一个溅射阈值,阈值能量一般为20~100 eV。当入射离子的能量小于这个阈值时,没有原子被溅射出来。通常当入射离子的能量为1~10 keV时,溅射产额可以达到一个最大值。当入射离子的能量超过10 keV 时,溅射产额开始随入射离子的能量增加而下降。

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