真空溅射镀膜技术

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简单的直流二极溅射装置，相当于一个大型的气体放电管，包括这样几部分；装有两个水冷电极的真空容器，真空系统，充气系统和直流电源(见图8-2)。阴极上安装靶材；阳极上安装基片，也就是镀膜的工件。两极之间的距离为5〜7cm2。工作压强为 5Pa左右。 图8-2 直流二极溅射装置 1-阳极 2-基片台 3-真空室 4-靶材 5-屏蔽罩 6-阳极 直流二极溅射，作为一种独立的镀膜工程已经被淘汰，但仍然在其他镀膜工程中作为辅助手段应用。例如，在磁控溅射之前，先用直流二极溅射的方式清洗基片。这时是以基片为阴极，使其受离子轰击，清除其表面吸附的气体和氧化物等污染层。这样处理以后，可以增强膜层与基片的结合强度。又如，直流二极型离子镀，就是由蒸镀配合直流二极溅射构成的。
于溅射放电时，阴极靶面所形成之阴极暗区（简称暗区）具有相当重要之影响，一般于施加负电压之阴极对阳极之溅镀室壁及基板（一般为接地形态）放电时，暗区之宽度约在10到30mm之间。 暗区宽度依气体压力而定，气体压力愈高（即真空度较差时），暗区宽度愈小。暗区太宽或太窄，对溅射镀膜，都无法达到最好的效果。 图2-2a即气体压力太高，暗区宽度变窄，放电介于靶材及阴极屏蔽之间。而靶材与阴极屏蔽（接地电位）间距离约在7mm以下，当靶材与屏蔽发生放电时，不仅产生不纯物沈积，于阴阳极间的绝缘材，而导致阴极阳极间之高电压短路，这是非常危险的。 图2-2c即当气体压力太低时，放电即很难产生，假使放电能产生，亦很难稳定。
第一节 溅射镀膜原理
一、直流二极溅射原理 直流二极溅射是利用直流辉光放电使气体电进，如图8-1所示。图8-1a是一个辉光放电管，其中装有两个电极，作为阴极和阳极。将管内抽真空，使其真空度达到10Pa左右，再加上几百伏的直流电压，就会产生辉光放电。辉光放电区域并不是均匀的。只要两个电极之间有足够的距离，就能观察到一些明暗程度不同的区域。这些区域主要是阴极暗区、负辉区、法拉第暗区和正辉区(图8-1a) 。 除阴极暗区以外，其他各个区域或者是等离子体区(阳极辉柱)，或者近似于等离子体区(负辉区和法拉第暗区)。等离子体之中存在大量自由电子，是一种良导体，因此加在放电管两极的电压，几乎毫无损失地通过各个等离子区，而全部加在阴极暗区。图8-1b是辉光放电区的电位分布。 图8-1 二极直辉光放电 a)辉光放电区的结构 1-阴极 2-阴极暗区 3-负辉区 4-法拉第暗区 5-阳极辉柱 6-阳极 b)辉光放电区的电位分布

P=(1／K)×(I+／Ie) 其中K—规管灵敏度。
电离计量程一般为5~5×10-6帕，其优点是测量范围宽，适 用高真空和超高真空的测量，校准曲线是直线，对机械振动不敏 感缺点是读数与气体种类有关，压力高于5帕时易损坏规管.
ZJ-12 玻璃规 ZJ-12 金属规
3.真空测量
3.3隔膜真空规 采用0.05mm(50um)左右的金属隔膜或陶瓷隔
磁控溅射法的镀膜设备昂贵，与离子镀和蒸发镀相比非导 电材料的溅射速率低. 磁控溅射按电源可分为DC、RF、MF.
5.1 DC(直流)磁控溅射
用膜材制成阴极靶，并接上负高压，为了在辉光放电过 程中使靶表面保持可控的负高压，靶材必须是导体。以磁 场来改变电子的运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹， 从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用了电 子的能量。因此使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更 加有效。同时受正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量 要耗尽时才沉积在基片上。这就是直流磁控溅射,具有“低 温”, “高速”两大特点.
➢ 溅射现象早在1852年，为英国人Grove在辉光放电中观察 到的从阴极飞溅出的物质沾染在管壁上。从1870年开始溅射 现象就用于薄膜的制备，1930年以后达到实用化并在工业上 广泛使用。
➢ 磁控溅射技术是七十年代发展起来的一种新型溅射技术， 1974年Chapin发表了平面磁控溅射装置,它使薄膜工艺发生了 深刻的变化，不但满足了薄膜工艺日益复杂化的要求，而且 带动发展了新的薄膜工艺。
膜作感压元件,该元件在真空下会产生微小变形.将隔 膜弹性体的微小变形(位置的变化)转变为电容量的变 化,并以电气方式进行显示,由此便构成隔膜真空计.隔 膜须耐腐蚀和弹性良好,一般由Ni系合金Inconel及三 氧化二铝制成.测量范围从大气压到0.1Pa,适用于发 生化学反应的真空测量.

溅射镀膜原理导语：溅射镀膜是一种常见的表面处理技术，通过高能离子束轰击或高频电弧放电等方式，将材料的原子或分子从靶材中剥离，然后沉积在基底表面，形成一层均匀致密的薄膜。

本文将从溅射镀膜的原理、应用以及未来发展等方面进行介绍。

一、溅射镀膜的原理溅射镀膜是一种物理气相沉积技术，其原理可简单描述为：在真空环境中，将被称为靶材的材料置于离子轰击源前，通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。

随后，这些高能粒子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面，形成一层薄膜。

溅射镀膜的原理主要包括以下几个方面：1. 高能离子轰击：通过加热或电弧放电等方式，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量，从而剥离出来。

这些高能粒子具有较高的动能，能够提供足够的动能给剥离源，使其从靶材中脱离。

2. 沉积过程：高能离子剥离出来的原子或分子在真空环境中自由运动，最终沉积在基底表面。

在沉积过程中，这些原子或分子会在基底表面扩散并重新排列，形成一层均匀致密的薄膜。

3. 薄膜成核和生长：在沉积过程中，原子或分子首先会发生成核，形成一些微小的团簇。

随着沉积的继续，这些团簇会逐渐生长并融合，最终形成连续的薄膜。

二、溅射镀膜的应用溅射镀膜是一种广泛应用于材料科学和工程领域的表面处理技术。

它可以改善材料的性能、增强材料的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能，同时也可以调控材料的光学、电学和磁学性质。

以下是溅射镀膜在各个领域的应用举例：1. 光学薄膜：溅射镀膜可以用于制备具有特定光学性能的薄膜，如反射镜、透镜、滤光片等。

这些薄膜可以用于光学仪器、显示器件和光电子器件等领域。

2. 电子器件：溅射镀膜可以用于制备集成电路、薄膜晶体管和太阳能电池等电子器件。

通过控制溅射过程中的工艺参数和靶材成分，可以调控薄膜的电学性能，实现对器件性能的优化。

3. 金属涂层：溅射镀膜可以用于制备耐磨、耐腐蚀和耐高温的金属涂层，如刀具涂层、汽车零部件涂层和航空发动机涂层等。

真空溅射镀膜原理
真空溅射镀膜是一种常见的表面改性技术，通过在真空环境下，利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子脱离并沉积在基底材料上，从而形成一层薄膜。

真空溅射镀膜的基本原理是利用电弧、离子束或磁控溅射等方式产生高能粒子，这些粒子以高速撞击靶材表面，使其表面的原子或分子受到能量激发并脱离。

这些脱离的原子或分子会沿着各个方向扩散，并最终沉积在基底材料上，形成一层均匀的薄膜。

在真空中进行溅射镀膜的主要原因是避免氧气、水蒸气等气体中的杂质对溅射过程的干扰。

在真空环境下，氧气等气体的压力远低于大气压，杂质的浓度也相应较低，因此可以有效减少薄膜杂质的含量，提高薄膜的纯度。

真空溅射镀膜技术广泛应用于各个领域，例如光学镀膜、电子器件制造、材料改性等。

通过选择不同的靶材和基底材料，可以制备出各种具有不同功能和性质的薄膜材料，例如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。

综上所述，真空溅射镀膜是一种利用高能粒子撞击靶材表面，使其原子或分子脱离并沉积在基底材料上的技术。

通过在真空环境下进行溅射，可以获得纯度较高的薄膜材料，具有广泛的应用前景。