磁控溅射靶材中毒

浅谈磁控溅射镀膜工艺中的反应溅射信义玻璃（天津）有限公司陈大伟摘要：本文介绍了磁控溅射镀膜工艺、磁控溅射设备、非反应溅射与反应溅射：反应溅射是一个非常复杂的过程。

重点对反应溅射中的“直流氧化溅射”、“阳极消失效应”、“靶材中毒现象”、“磁滞效应现象”、“金属模式”、“过渡模式”、“反应模式”、“反应溅射磁滞效应特征曲线”进行分析。

在生产过程中，掌握反应溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象，利用有效的手段进行调整，才能达到高效的溅射速率以及高质量的膜层性能，防止不良溅射现象的出现。

0引言磁控溅射镀膜是目前离线镀膜玻璃生产最重要的方式之一.其生产溅射工艺非常复杂.其中包含直流和交流溅射的控制模式，平面阴极、旋转阴极的溅射设备，惰性和反应的工作气体以及适当的低气压环境等方面。

在生产过程中不同的磁控阴极、材料、气氛等又会有不同的工艺控制模式，其中包含非反应溅射以及反应溅射，而反应溅射中又涉及到靶材溅射的金属模式、磁滞效应、中毒模型等，这些均会影响到膜层组分、溅射效率、成膜质量及性能等方面。

在实际的生产过程中.掌握磁控溅射工艺的特点，合理控制溅射过程中的工艺参数，准确判断溅射工艺中的异常现象并做出及时的处理.对最终高质量高效率成膜控制具有重大意义。

1磁控溅射简介1.1溅射工艺磁控溅射是物理气相沉积（PVD）的一种，是一种十分有效的薄膜沉积方法。

上世纪70年代广泛发展起来的磁控阴极溅射法可以在玻璃上沉积出高质量的用于控制光线和太阳能的膜层。

简单地讲，就是在磁场约束及增强下的等离子体中的工作气体离子，在阴极电场的加速下，轰击刻蚀阴极上的靶材，使材料源的离子从靶材表面上脱离崩射出来，然后沉积附着在基片上。

溅射镀膜过程是将基片置-4-于有特殊设计的阴极和工作气体的真空腔室中来实现的，在阴极上施加负电压，当真空腔体内达到适当的条件进行等离子体辉光放电（图1）。

带正电的气体离子受到带负电的阴极靶材表面的吸引，正原子对负电位的靶材的撞击非常强烈，使得靶材上的原子从表面崩射出来并沉积在玻璃上，从而形成一层原子依次排列的薄膜（图2）。

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。

关于溅射发布时间：2010-4-28溅射一、溅射的基本内容：1、定义：所谓溅射，就是这充满腔室的工艺气体在高电压的作用下，形成气体等离子体（辉光放电），其中的阳离子在电场力作用下高速向靶材冲击，阳离子和靶材进行能量交换，使靶材原子获得足够的能量从靶材表面逸出（其中逸出的还可能包含靶材离子）。

这一整个的动力学过程，就叫做溅射。

入射离子轰击靶面时，将其部分能量传输给表层晶格原子，引起靶材中原子的运动。

有的原子获得能量后从晶格处移位，并克服了表面势垒直接发生溅射；有的不能脱离晶格的束缚，只能在原位做振动并波及周围原子，结果使靶的温度升高；而有的原子获得足够大的能量后产生一次反冲，将其临近的原子碰撞移位，反冲继续下去产生高次反冲，这一过程称为级联碰撞。

级联碰撞的结果是部分原子达到表面，克服势垒逸出，这就形成了级联溅射，这就是溅射机理。

当级联碰撞范围内反冲原子密度不高时，动态反冲原子彼此间的碰撞可以忽略，这就是线性级联碰撞2、溅射的四要素：①：靶材物质②：电磁场③：底物④：一整套完整配备的镀膜设备3、溅射收益：3.1、离子每一次撞击靶材时，靶材所释放出的靶材原子。

3.2、影响溅射收益的因素：①：等离子体中离子动能②：入射离子的入射角度3.3、最大溅射收益的决定因素：①：入射角度在45°-50°左右②：取决于靶材物质3.4、入射角度的影响因素①：由电场决定②：靶材表面于入射源的相对角度4、溅射率：4.1、定义：每单位时间内靶材物质所释放出的原子个数4.2、溅射率的影响因素①：离子动能（取决于电源电压和气体压力）②：等离子密度（取决于气体压力和电流）4.3、统计学公式：Rs(统计学)=d/t。

注：溅射原子溢出角度大部分在0~10度之间，因此在腔室内所有区域都可能被镀上一层膜，久之会产生污染。

所以真空溅射腔室内必须进行定期清洁。

二、溅射种类：1、反应溅射：氧化物，氮化物作为沉积物质现象：①：靶材分子分裂，其于工艺气体离子发生反应，形成化合物②：膜层性能改变③：靶材有可能中毒2、二极溅射（见下图）：二极溅射是一种经典的标准溅射技术，其中等离子体和电子均只沿着电场方向运动。

磁控溅射镀膜原理及工艺扌商要：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嫌控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。

关键i 司：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。

基片置于正对靶而的阳极上，距靶一定距离。

系统抽至高真空E 充入（10〜1）帕的气体（通常 为氫气），在阴极和阳极间如几千伏电压，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，受碰撞从靶而逸出 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而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。

礁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氮原子发生碰撞， 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而，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 片上形成萍膜，而产生的二次电子会受到电场和礁场作用，产生E （电场）XB （磁场）所指的 方向漂移，简称EXB 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 形式在靶表而做圆周运动，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。

Al-AlN选择性吸收涂层性能分析及光学模拟杨沐晖;夏建业;郭廷伟;黄健【摘要】研究了双层Al-AlN吸收层加减反射层结构膜系,并对这种结构膜系涂层性能进行分析和模拟,在模拟得到单层Al-AlN层的膜厚和填充因子基础上,工艺优化制备得到的Al-AlN选择性吸收涂层吸收率达到0.942,100℃发射率为0.044,聚光比为1条件下,光热转换效率为0.89.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2012(000)017【总页数】3页(P37-39)【关键词】Al-AlN;选择性吸收涂层;填充因子;吸收率;发射率【作者】杨沐晖;夏建业;郭廷伟;黄健【作者单位】常州博士新能源科技有限公司;常州博士新能源科技有限公司;常州龙腾太阳能热电设备有限公司;常州龙腾太阳能热电设备有限公司【正文语种】中文一引言太阳能选择性吸收涂层是一种高效吸收太阳能热辐射的薄膜材料，属于太阳能热利用技术。

目前，国内用于太阳能热水器上的选择性吸收材料很多，有Al-AlN、SS-AlN等复合材料。

Al-AlN选择性吸收涂层是目前应用最为广泛的吸热材料之一。

这种传统渐变结构膜系的选择性吸收涂层吸收率良好，但发射率也较高[1] 。

章其初等人[2] 提出双金属－介质选择性吸收膜系结构，这种涂层由金属层、两层金属－介质吸收层和减反射层构成。

使用的金属材料主要有Au、Ag、Cu、Al、Ni等，用以提高膜层的红外光谱反射率，降低膜层发射率；电介质－金属吸收层由金属含量不同的高、低金属填充因子金属－介质层组成；减反射层有AlN、Al2O3、SiO2等。

本文采用双金属－介质选择性吸收膜系结构，研究了Al-AlN选择性吸收涂层材料的光热性能。

选择性吸收涂层金属－介质层是主要的吸热层，对Al-AlN单层膜的反射率光谱进行模拟分析，得到膜厚及填充因子。

实验以模拟的数据为标准，通过多次优化实验，得到高吸收率和低发射率的Al-AlN选择性吸收涂层。

二实验方法本实验采用衡阳SCS-850型镀膜机。

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。