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磁控溅射技术优缺点

磁控溅射技术优缺点
磁控溅射技术优缺点

磁控溅射技术优缺点

磁控溅射自问世后就获得了迅速的发展和广泛的应用,有力地冲击了其它镀膜方法的地位,主要是由它以下的优点决定的:

1、沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小;

2、对于大部分材料,只要能制成耙材,就可以实现溅射;

3、溅射所获得的薄膜与基片结合较好;

4、溅射所获得的薄膜纯度高、致密性好、成膜均匀性好;

5、溅射工艺可重复性好,可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜;

6、能够精确控制镀层的厚度,同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小;

7、不同的金属、合金、氧化物能够进行混合,同时溅射于基材上;

8、易于实现工业化。

但磁控溅射也存在着一些问题,主要有:

1、磁控溅射所利用的环状磁场迫使二次电子跳栏式地沿着环状磁场转圈。相应地,环状磁场控制的区域是等离子体密度最高的部位。在磁控溅射时,可以看见溅射气体——氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光,形成一个光环。处于光环下的靶材是被离子轰击最严重的部位,会溅射出一条环状的沟槽。环状磁场是电子运动的轨道,环状的辉光和沟槽将其形象地表现了出来。磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材,就会导致整块靶材报废,所以靶材的利用率不高,一般低于40%;

2、等离子体不稳定;

3、不能实现强磁性材料的低温高速溅射,因为几乎所有的磁通都通不过磁性靶子,所以在靶面附近不能加外加强磁场。

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

滚镀挂镀区别分析

滚镀挂镀区别分析精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

电镀典型工艺流程 1.抛光。 2.溶剂脱脂。 3.装挂。 4.电解除油。 5.热水清洗。 6.冷水清洗。 7.酸弱腐蚀。 8.冷水清洗。 9.中和(视需要)。 10.冷水清洗。 11.电镀。 12.冷水清洗。 13.热水清洗(视需要)。 14.钝化、填充或其他附加处理(视需要)。 15.卸装及清洗。 16.脱水或干燥。 17.防锈。 18.包装与转运 电镀的工艺类型包括挂镀,滚镀,刷镀,连续镀等… 以下主要介绍了滚镀的概念及其优缺点,其中穿插了在同一情况下与挂镀的相关对比。其中可以了解两种电镀多方面的相关对比及其优缺点。

滚镀的概念和优缺点 目录 一、滚镀的概念? 二、滚镀的特征? 1.滚镀是将分散的小零件集中在滚筒内进行的? 2.滚镀是在小零件不停地翻滚过程中进行的? 3.滚镀的电流是以间接方式进行传输的? 三、滚镀的优点? 1.节省劳动力,提高劳动生产效率? 2.镀件表面质量好? 3.镀层厚度波动性小? 4.占地面积小? 四、滚镀的缺陷? 1.混和周期带来的缺陷? 2.滚镀的结构缺陷? 3.间接导电方式带来的缺陷? 4.电流密度控制方面的缺陷? 一、滚镀及挂镀的概念 通常情况下电镀有两种方式,一种是挂镀,一种是滚镀。 挂镀也叫吊镀,是将零件装在挂具上进行镀层沉积处理的一种电镀方式,一 般用于大尺寸零件(如车圈)的电镀。其特点是大零件小批量,镀层厚度10μm 以上。 而对于因形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件(如小螺丝),则一般采用滚镀。 滚镀严格讲叫滚筒电镀,它是将一定数量的小零件置于专用滚筒内、在滚动 状态下以间接导电方式使零件表面沉积上各种金属或合金镀层、以达到表面防护、装饰或功能性目的的一种电镀方式。 其特点是小零件大批量,镀层厚度10μm以下。 典型的滚镀过程是这样的:将经过镀前处理的小零件装进滚筒内,零件靠自身重力将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住,以保证零件受镀时所需要的电流能够顺利传输。然后,滚筒以一定速度按一定方向旋转,零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。同时,金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层,滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内,而滚筒内的溶液及电镀过程中产生的气体也通过这些小孔不断地排出筒外。 挂镀需要将零件一个一个地装或绑在挂具上,费时、费力、费人工,且镀层质量欠佳,如出现“挂具印”,或表面光洁度不够等。另外,一种叫做筐镀的特

关于磁控溅射发展历程的综述

磁控溅射 1852年,格洛夫(grove)发现阴极溅射现象,自此以后溅射技术就开始建立起来了!磁控溅射沉积技术制取薄膜是上世纪三四十年代发展起来的,由于当时的溅射技术刚刚起步,其溅射的沉积率很低,而且溅射的压强基本上在1pa以上,因此溅射镀膜技术一度在产业话的竞争中处于劣势。1963年,美国贝尔实验室和西屋电气公司采用长度为10米的连续溅射镀膜装置。1974年,j.chapin发现了平衡磁控溅射。这些新兴发展起来的技术使得高速、低温溅射成为现实,磁控溅射更加快速地发展起来了,如今它已经成为在工业上进行广泛的沉积覆层的重要技术,磁控技术在许多应用领域包括制造硬的、抗磨损的、低摩擦的、抗腐蚀的、装潢的以及光电学薄膜等方面具有重要的影响。 磁控溅射的发展历程: 溅射沉积是在真空环境下,利用等离子体中的荷能离子轰击靶材表面,使靶材上的原子或离子被轰击出来,被轰击出的粒子沉积在基体表面生长成薄膜。 溅射沉积技术的发展历程中有几个具有重要意义的技术创新应用,现在归结如下: (1)二级溅射: 二级溅射是所有溅射沉积技术的基础,它结构简单、便于控制、工艺重复性好主要应用于沉积原理的研究,由于该方法要求工作气压高(>1pa)、基体温升高和沉积速率低等缺点限制了它在生产中的应用。 (2)传统磁控溅射(也叫平衡磁控溅射): 平衡磁控溅射技术克服了二级溅射沉积速率低的缺点,使溅射镀膜技术在工业应用上具有了与蒸发镀膜相抗衡的能力。但是平衡磁控溅射镀膜同样也有缺点,它的缺点在于其对二次电子的控制过于严密,使等离子体被限制在阴极靶附近,不利于大面积镀膜。 (3)非平衡磁控溅射: B.Window在1985年开发出了“非平衡磁控溅射技术”,它克服了平衡磁控溅射技术的缺陷,适用于大面积镀膜。并且在上世纪90年代前期,在非平衡磁控溅射的基础上发展出了闭合非平衡系统(CFUBMS),采用多个靶以及非平衡结构构成的闭合磁场可以对电子进行有效地约束,使整个真空室的等离子体密度得以提高。这样可以使磁控溅射技术更适合工业生产。 (4)脉冲磁控溅射: 由于在通过直流反应溅射来制得高密、无缺陷的绝缘膜(尤其是氧化物薄膜)时,经常存在不少的问题。其结果会严重的影响膜的结构和性能。但是通过脉冲磁控溅射可以与制得金属薄膜同样的效率来制得高质量的绝缘体薄膜。近年来,随着脉冲中频电源的研发成功,使镀膜工艺技术又上了一个新的台阶;利用中频电源,采用中频对靶或者孪生靶,进行中频磁控溅射,有效地解决了靶中毒严重的现象,特别是在溅射绝缘材料的靶时,克服了溅射过程中,阳极消失的现象。 (5)磁控溅射技术新型应用: 磁控溅射技术的新型应用是指在以上基础上,再根据应用的需要,对磁控溅射系统进行改进而衍生出的多种多样的设备和装置。这些改进主要是在系统内磁力线的分布上以及磁控溅射靶的设置和分布上。

磁控溅射制膜技术的原理及应用和发展-郭聪

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

滚镀概念和优缺点

滚镀的概念和优缺点 发布于:2010-10-6 9:33:07 被浏览1147次【打印】目录 一、滚镀的感念 二、滚镀的特征 1.滚镀是将分散的小零件集中在滚筒内进行的 2.滚镀是在小零件不停地翻滚过程中进行的 3.滚镀的电流是以间接方式进行传输的 三、滚镀的优点 1.节省劳动力,提高劳动生产效率 2.镀件表面质量好 3.镀层厚度波动性小 4.占地面积小 四、滚镀的缺陷 1.混和周期带来的缺陷 2.滚镀的结构缺陷 3.间接导电方式带来的缺陷 4.电流密度控制方面的缺陷 五、改善滚镀缺陷的措施 1.在减小混合周期的影响上 2.在改善滚镀的结构缺陷上

3.在滚镀专用添加剂的开发上 一、滚镀的感念 通常情况下电镀有两种方式,一种是挂镀,一种是滚镀。挂镀也叫吊镀,是将零件装在挂具上进行镀层沉积处理的一种电镀方式,一般用于大尺寸零件(如车圈)的电镀。而对于因形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件(如小螺丝),则一般采用滚镀。滚镀严格讲叫滚筒电镀,它是将一定数量的小零件置于专用滚筒内、在滚动状态下以间接导电方式使零件表面沉积上各种金属或合金镀层、以达到表面防护、装饰或功能性目的的一种电镀方式。 典型的滚镀过程是这样的:将经过镀前处理的小零件装进滚筒内,零件靠自身重力将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住,以保证零件受镀时所需要的电流能够顺利传输。然后,滚筒以一定速度按一定方向旋转,零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。同时,金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层,滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内,而滚筒内的溶液及电镀过程中产生的气体也通过这些小孔不断地排出筒外。 但在滚镀发明之前,小零件电镀只能采用挂镀。挂镀需要将零件一个一个地装或绑在挂具上,费时、费力、费人工,且镀层质量欠佳,如出现“挂具印”,或表面光洁度不够等。另外,一种叫做筐镀的特殊挂镀也会经常被采用,它是将小零件放在一个金属丝做成的小筐或底部镶有电极的塑料筐内,然后挂到阴极棒上电镀的一种方式。这种方式在电镀过程中,为使各零件尽可能均匀受镀,需要不时摘下小筐对零件进行翻动,或用一根非金属棒搅动筐内的零件。因此操作类似淘米或炒菜,所以也有人形象地称之为淘镀或炒镀。但即使这样镀层质量同样难以令人满意,主要表现为各零件的镀层厚度及表面质量等波动较大,且劳动力同样受到对零件进行搅动、翻动等繁琐操作的束缚,劳动生产效率不能提高。 滚镀的出现使小零件电镀落后的技术状况得到改变,它将电镀工人从繁琐的装挂或筐镀劳动中解放出来,节省了劳动力,提高了劳动生产效率,且镀层质量也大为改观,这在小零件电镀领域无疑有着非常积极的意义。滚镀起源于美国南北战争后,在工业上得到应用为20世纪20年代。最初的滚筒由木制的桶或篮子制成,主要因木材容易得到,经济,且不导电。后来,随着化学、电学及材料科学的发展出现了滚筒型金属电镀设备,这种设备大约在20世纪30~40年代经过不断发展,逐渐形成今天滚镀设备的基本原型。第二次世界大战后,塑料的应用极大地提高了滚筒的性能、容量及使用寿命,滚镀技术得以快速发展。而第二次世界大战前,滚筒材质主要使用比较原始的塑料或酚醛树脂。 国内滚镀较早出现于20世纪40年代中后期。迄今关于国内滚镀最早的文字记录有1947年5月在上海开设的华兴滚镀厂,当时该厂设备有木制滚筒2只和水泥槽1只,镀种有滚镀镍和滚镀铜锡合金。早期的滚镀设备均为手工操作,生产效率低,镀种也较少,一般滚镀镍最多,另有滚镀黄铜、青铜、锌锡等。大约20世纪60年代左右,随着工业化发展对滚镀设备提出较高的要求,国内机械化连续滚镀设备开始使用,但当时的设备仅仅能够手动控制。国内滚镀自动线早在20世纪50年代,第一汽车制造厂就开始引进并用于紧固件镀锌,当时的设备属于机械式环型(倾斜式滚筒)滚镀自动线。直线式滚镀自动线在20世纪60

磁控溅射镀膜技术的发展

第46卷第2期2009年3月 真空VACUUM Vol.46,No.2Mar.2009 收稿日期:2008-09-03 作者简介:余东海(1978-),男,广东省广州市人,博士生 联系人:王成勇,教授。 *基金项目:国家自然科学基金(50775045);东莞市科技计划项目(20071109)。 磁控溅射镀膜技术的发展 余东海,王成勇,成晓玲,宋月贤 (广东工业大学机电学院,广东 广州 510006) 摘 要:磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛,成为工业镀膜生产中最主要的技术之一,相应的溅 射技术与也取得了进一步的发展。 非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布,提高了膜层质量;中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象,消除靶中毒和打弧问题,提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率;改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率;高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。 关键词:镀膜技术;磁控溅射;磁控溅射靶中图分类号:TB43 文献标识码:A 文章编号:1002-0322(2009)02-0019-07 Recent development of magnetron sputtering processes YU Dong-hai,WANG Cheng-yong,CHENG Xiao-ling,SONG Yue-xian (Guangdong Universily of Technology,Guangzhou 510006,China ) Abstract:Magnetron sputtering processes have been widely appleed to thin film deposition nowadays in various industrial fields due to its outstanding advantages,and the technology itself is progressing further.The unbalanced magnetron sputtering process can improve the plasma distribution in deposition chamber to make film quality better.The medium -frequency and pulsed magnetron sputtering proceses can efficiently avoid the hysteresis during reactive sputtering to eliminate target poisoning and arcing,thus improving the stability and depositing rate in preparing thin compound films.Higher utilization of target can be obtained by improved target design,and the high -speed sputtering and self -sputtering provide a new field of applications in magnetron sputtering coating processes. Key words:coating technology;magnetron sputtering;magnetron sputtering target 溅射镀膜的原理[1]是稀薄气体在异常辉光 放电产生的等离子体在电场的作用下,对阴极靶材表面进行轰击,把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来,被溅射出来的粒子带有一定的动能,沿一定的方向射向基体表面,在基体表面形成镀层。 溅射镀膜最初出现的是简单的直流二极溅射,它的优点是装置简单,但是直流二极溅射沉积速率低;为了保持自持放电,不能在低气压(<0.1Pa )下进行;不能溅射绝缘材料等缺点限制了其应用。在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和辅助阳极,就构成直流三极溅射。增加的热阴极和辅助阳极产生的热电子增强了溅射气体原子的电离,这样使溅射即使在低气压下 也能进行;另外,还可降低溅射电压,使溅射在低 气压,低电压状态下进行;同时放电电流也增大,并可独立控制,不受电压影响。在热阴极的前面增加一个电极(栅网状),构成四极溅射装置,可使放电趋于稳定。但是这些装置难以获得浓度较高的等离子体区,沉积速度较低,因而未获得广泛的工业应用。 磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来,在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题,成为目前镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料广,几乎所有金属,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积

磁控溅射技术的基本原理

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

滚镀挂镀区别分析

电镀典型工艺流程 1.抛光。 2.溶剂脱脂。 3.装挂。 4.电解除油。 5.热水清洗。 6.冷水清洗。 7.酸弱腐蚀。 8.冷水清洗。 9.中和(视需要)。 10.冷水清洗。 11.电镀。 12.冷水清洗。 13.热水清洗(视需要)。 14.钝化、填充或其他附加处理(视需要)。 15.卸装及清洗。 16.脱水或干燥。 17.防锈。 18.包装与转运 电镀的工艺类型包括挂镀,滚镀,刷镀,连续镀等… 以下主要介绍了滚镀的概念及其优缺点,其中穿插了在同一情况下与挂镀的相关对比。其中可以了解两种电镀多方面的相关对比及其优缺点。

滚镀的概念和优缺点 目录 一、滚镀的概念 二、滚镀的特征 1.滚镀是将分散的小零件集中在滚筒内进行的 2.滚镀是在小零件不停地翻滚过程中进行的 3.滚镀的电流是以间接方式进行传输的 三、滚镀的优点 1.节省劳动力,提高劳动生产效率 2.镀件表面质量好 3.镀层厚度波动性小 4.占地面积小 四、滚镀的缺陷 1.混和周期带来的缺陷 2.滚镀的结构缺陷 3.间接导电方式带来的缺陷 4.电流密度控制方面的缺陷 一、滚镀及挂镀的概念 通常情况下电镀有两种方式,一种是挂镀,一种是滚镀。 挂镀也叫吊镀,是将零件装在挂具上进行镀层沉积处理的一种电镀方式,一般用于大尺 寸零件(如车圈)的电镀。其特点是大零件小批量,镀层厚度10μm以上。 而对于因形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件(如小螺丝),则一般采用滚镀。滚镀严格讲叫滚筒电镀,它是将一定数量的小零件置于专用滚筒内、在滚动状态下以间 接导电方式使零件表面沉积上各种金属或合金镀层、以达到表面防护、装饰或功能性目的的一种电镀方式。其特点是小零件大批量,镀层厚度10μm以下。 典型的滚镀过程是这样的:将经过镀前处理的小零件装进滚筒内,零件靠自身重力将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住,以保证零件受镀时所需要的电流能够顺利传输。然后,滚筒以一定速度按一定方向旋转,零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。同时,金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层,滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内,而滚筒内的溶液及电镀过程中产生的气体也通过这些小孔不断地排出筒外。 挂镀需要将零件一个一个地装或绑在挂具上,费时、费力、费人工,且镀层质量欠佳,如出现“挂具印”,或表面光洁度不够等。另外,一种叫做筐镀的特殊挂镀也会经常被采用,它是将小零件放在一个金属丝做成的小筐或底部镶有电极的塑料筐内,然后挂到阴极棒上电镀的一种方式。这种方式在电镀过程中,为使各零件尽可能均匀受镀,需要不时摘下小筐对零件进行翻动,或用一根非金属棒搅动筐内的零件。因此操作类似淘米或炒菜,所以也有人形象地称之为淘镀或炒镀。但即使这样镀层质量同样难以令人满意,主要表现为各零件的镀层厚度及表面质量等波动较大,且劳动力同样受到对零件进行搅动、翻动等繁琐操作的束缚,

磁控溅射镀膜技术的发展_余东海

第46卷第2期2009年3月 真 空 VACUUM Vol.46,No.2Mar.2009 收稿日期:2008-09-03 作者简介:余东海(1978-),男,广东省广州市人,博士生 联系人:王成勇,教授。 *基金项目:国家自然科学基金(50775045);东莞市科技计划项目(20071109)。 磁控溅射镀膜技术的发展 余东海,王成勇,成晓玲,宋月贤 (广东工业大学机电学院,广东 广州 510006) 摘 要:磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛,成为工业镀膜生产中最主要的技术之一,相应的溅 射技术与也取得了进一步的发展。 非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布,提高了膜层质量;中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象,消除靶中毒和打弧问题,提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率;改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率;高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。 关键词:镀膜技术;磁控溅射;磁控溅射靶中图分类号:TB43 文献标识码:A 文章编号:1002-0322(2009)02-0019-07 Recent development of magnetron sputtering processes YU Dong-hai,WANG Cheng-yong,CHENG Xiao-ling,SONG Yue-xian (Guangdong Universily of Technology,Guangzhou 510006,China ) Abstract:Magnetron sputtering processes have been widely appleed to thin film deposition nowadays in various industrial fields due to its outstanding advantages,and the technology itself is progressing further.The unbalanced magnetron sputtering process can improve the plasma distribution in deposition chamber to make film quality better.The medium -frequency and pulsed magnetron sputtering proceses can efficiently avoid the hysteresis during reactive sputtering to eliminate target poisoning and arcing,thus improving the stability and depositing rate in preparing thin compound films.Higher utilization of target can be obtained by improved target design,and the high -speed sputtering and self -sputtering provide a new field of applications in magnetron sputtering coating processes. Key words:coating technology;magnetron sputtering;magnetron sputtering target 溅射镀膜的原理[1]是稀薄气体在异常辉光 放电产生的等离子体在电场的作用下,对阴极靶材表面进行轰击,把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来,被溅射出来的粒子带有一定的动能,沿一定的方向射向基体表面,在基体表面形成镀层。 溅射镀膜最初出现的是简单的直流二极溅射,它的优点是装置简单,但是直流二极溅射沉积速率低;为了保持自持放电,不能在低气压(<0.1Pa )下进行;不能溅射绝缘材料等缺点限制了其应用。在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和辅助阳极,就构成直流三极溅射。增加的热阴极和辅助阳极产生的热电子增强了溅射气体原子的电离,这样使溅射即使在低气压下 也能进行;另外,还可降低溅射电压,使溅射在低 气压,低电压状态下进行;同时放电电流也增大,并可独立控制,不受电压影响。在热阴极的前面增加一个电极(栅网状),构成四极溅射装置,可使放电趋于稳定。但是这些装置难以获得浓度较高的等离子体区,沉积速度较低,因而未获得广泛的工业应用。 磁控溅射是由二极溅射基础上发展而来,在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低,等离子体离化率低等问题,成为目前镀膜工业主要方法之一。磁控溅射与其它镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料广,几乎所有金属,合金和陶瓷材料都可以制成靶材;在适当条件下多元靶材共溅射方式,可沉积 DOI:10.13385/https://www.wendangku.net/doc/4216267353.html,ki.vacuum.2009.02.026

磁控溅射与真空技术

磁控溅射与真空技术 溅射时打火放电 1、可能靶材表面脏。 在低功率下长时间空溅,把靶材表面杂志打掉。然后慢慢加大功率。 2、靶与地之间有导电颗粒,导致高压下放电打火。 3、电源柜有问题,建议调换电源柜再观察。 扩散泵的常见故障及原因 由于真空设备长期运转及其它一些因素的影响,扩散泵的性能可能会逐渐变坏,现将使用中经常出现的一些问题如述如下; 1)极限真空变低,原因: a.系统中有渗漏; b.系统太脏; c.泵油污染; d.加热功率不够; e.冷却水不足; f.过量或过冷的冷却水; g.前级压力高;检查密封性能及前级管道是否有泄漏现象; h.快冷管内有水。 2) 抽气较慢,原因: a.加热功率低; b.油量不足; c.喷帽安装位置不当或受损。

3)进口压力波动,原因: a.加热器输入功率不当; b.油脱气; c.扩散泵进口前面系统有渗漏。 4)工作腔污染大,原因: a.前级压力高; b.在高于10-1Pa压力下长期工作; c.系统操作有误。 5) 返油率过大,原因: a. 顶喷嘴帽松动,间隙过大; b. 加热功率不对; 真空系统上测量规管座位置安排应遵循如下原则 ①不能将测量规管放在密封面较多的地方。因为每一个密封面都不可能保证绝对不漏气,密封面集中之处,必然是容易漏气的地方,测量值可能不准。 ②规管内壁各处,必须保证真空卫生。否则会造成测量不准。 ③规管应尽量接在靠近被测量的地方,以减少测量误差。 扩散泵的结构示意图和工作原理 当扩散泵油被电炉加热时,产生油蒸气沿着导流管经伞形喷嘴向下喷出。因喷嘴外面有机械 泵提供的真空(Pa),故油蒸气流可喷出一长段距离,构成一个向出气口方向运动 的射流。射流最后碰上由冷却水冷却的泵壁凝结为液体流回蒸发器,即靠油的蒸发喷射凝结重复循环来实现抽气。由进气口进入泵内的气体分子一旦落入蒸气流中便获得向下运动的动量向下飞去。由于射流具有高流速(约200m/s),高的蒸气密度,且扩散泵油分子量大(300~500),故能有效地带走气体分子。气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。

高真空磁控溅射镀膜系统介绍

高真空磁控溅射镀膜系统介绍 1.设备简介 ●名称:高真空磁控溅射镀膜系统 ●型号:JGP560 ●极限真空:6.60E-05 Pa ●最高可控可调温度:500℃(1个样品位) ●3个靶位,8个样品位 2.真空简介 ●真空是一种不存在任何物质的空间状态,是一种物理现象。在“真空” 中,声音因为没有介质而无法传递,但电磁波的传递却不受真空的影响。 事实上,在真空技术里,真空系针对大气而言,一特定空间内部之部份 物质被排出,使其压强小于一个标准大气压,则我们通称此空间为真空 或真空状态。1真空常用帕斯卡(Pascal)或托尔(Torr)做为压力的单 位。目前在自然环境里,只有外太空堪称最接近真空的空间。 ●我国真空区域划分为:粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ●高真空的获得 油扩散泵的结构

●真空镀膜 ●真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面 镀上一层薄膜的技术,它是一种物理现象。 ●真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现 代发展起来的离子镀膜。 3.磁控溅射镀膜原理介绍 ●磁控溅射法是一种较为常用的物理沉积法。磁控溅射是在真空室中,利

用低压气体放电现象,使处于等离子状态下的离子轰击靶表面,并利用环状磁场控制辉光放电,使溅射出的粒子沉积在基片上。磁控溅射可以方便地制取高熔点物质的薄膜,在很大面积上可以制取均匀的膜层。 ●磁控溅射工艺流程 在镀膜过程中,工艺的选择对薄膜的性能具有重要的影响,根据磁控溅射技术原理,结合设备的实际应用,制定工艺流程如图1 ●膜层的要求 磁控溅射膜层的沉积是物理气相沉积。膜层厚度范围为nm~μm数量级,膜厚<550nm,对光有干涉作用,属于薄膜范畴,通常称薄膜技术。 太阳能集热管内管外壁镀膜是采用属于物理气相沉积技术的磁控溅射镀获得太阳光谱选择吸收薄膜。 ●磁控溅射镀 磁控溅射镀特点 溅射速率高,沉积速率高 磁控溅射阴极源是一个较为理想的可控源,沉积的膜层厚度与溅射源的功率或放电电流有较好的线性相关性,所以有较好的可控性, 能较好地实现批量生产产品的一致性和重复性。 溅射源采用靶材有广泛的选择性和组合性 溅射源可较理想地置于真空室内长时间稳定工作,获得纯正的膜层,确保膜层质量。

滚镀挂镀优缺点

电镀基本知识介绍----典型工艺流程 1.抛光。 2.溶剂脱脂。 3.装挂。 4.电解除油。 5.热水清洗。 6.冷水清洗。 7.酸弱腐蚀。 8.冷水清洗。 9.中和(视需要)。 10.冷水清洗。 11.电镀。 12.冷水清洗。 13.热水清洗(视需要)。 14.钝化、填充或其他附加处理(视需要)。 15.卸装及清洗。 16.脱水或干燥。 17.防锈。 18.包装与转运 电镀的工艺类型包括挂镀,滚镀,刷镀,连续镀等… 以下主要介绍了滚镀的概念及其优缺点,其中穿插了在同一情况下与挂镀的相关对比。其中可以了解两种电镀多方面的相关对比及其优缺点。 ----------------------------精品word文档值得下载值得拥有---------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------

滚镀的概念和优缺点 目录 一、滚镀的概念 二、滚镀的特征 1.滚镀是将分散的小零件集中在滚筒内进行的 2.滚镀是在小零件不停地翻滚过程中进行的 3.滚镀的电流是以间接方式进行传输的 三、滚镀的优点 1.节省劳动力,提高劳动生产效率 2.镀件表面质量好 3.镀层厚度波动性小 4.占地面积小 四、滚镀的缺陷 1.混和周期带来的缺陷 2.滚镀的结构缺陷 3.间接导电方式带来的缺陷 4.电流密度控制方面的缺陷 一、滚镀及挂镀的概念 通常情况下电镀有两种方式,一种是挂镀,一种是滚镀。 挂镀也叫吊镀,是将零件装在挂具上进行镀层沉积处理的一种电镀方式,一般用于大尺----------------------------精品word文档值得下载值得拥有---------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------

磁控溅射镀膜技术的发展及应用_马景灵

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)

滚镀Barrel plating

滚镀 Barrel plating 滚镀-大批小零件放在滚动的容器中进行电镀的过程。如钢铁零件滚镀锌、滚镀铜、滚镀高锡青铜;铜和铜合金零件滚镀镍等。 滚镀溶液和电镀条件与槽镀基本相同,有时根据材质和镀件形状也会作一些调整。 1 概述 滚镀适用于受形状、大小等因素影响无法或不宜装挂的小零件的电镀,它与早期小零件电镀采用挂镀或篮筐镀的方式相比,节省了劳动力,提高了劳动生产效率,而且镀件表面质量也大大提高。所以,滚镀的发明与应用在小零件电镀领域无疑有着非常积极的意义。滚镀早在20世纪20年代就已经在工业上得到应用。国内滚镀最早于20世纪50年代中后期出现在上海,机械化连续滚镀设备在20世纪60年代左右开始使用,但当时的设备仅仅能够手动控制,而大型全自动滚镀生产线大概从20世纪90年代开始才有较为广泛的应用。目前,滚镀的产量约占整个电镀加工的50%左右,并涉及到镀锌、铜、镍、锡、铬、金、银及合金等几十个镀种。滚镀已成为应用非常普遍且几乎与挂镀并驾齐驱的一种电镀加工方式。 2 滚镀的概念 滚镀严格意义上讲叫做滚筒电镀。它是将一定数量的小零件置于专用滚筒内、在滚动状态下以间接导电的方式使零件表面沉积上各种金属或合金镀层、以达到表面防护装饰及各种功能性目的的一种电镀加工方式。典型的滚镀过程是这样的:将经过镀前处理的小零件装进滚筒内,零件靠自身的重力作用将滚筒内的阴极导电装置紧紧压住,以保证零件受镀时所需的电流能够顺利地传输。然后,滚筒以一定的速度按一定的方向旋转,零件在滚筒内受到旋转作用后不停地翻滚、跌落。同时,主金属离子受到电场作用后在零件表面还原为金属镀层,滚筒外新鲜溶液连续不断地通过滚筒壁板上无数的小孔补充到滚筒内,而滚筒内的旧液及电镀过程中产生的氢气也通过这些小孔排出筒外。 滚镀一般应具备以下几个基本特征。 2.1 滚镀是在滚筒内进行的 滚镀与小零件挂镀最大的不同在于它使用了滚筒,滚筒是承载着小零件在不停地翻滚的过程中受镀的一个盛料装置。典型的滚筒呈六棱柱状,水平卧式放置。滚筒壁板的一面开口,电镀时一定数量的小零件从开口处装进滚筒内,然后盖上滚筒门将开口封闭。滚筒壁板上布满了许多小孔,电镀时零件与阳极间电流的导通、筒内外溶液的更新及废气的排出等都需要通过这些小孔。滚筒内的阴极导电装置通过铜线或棒从滚筒两侧的中心轴孔内穿出,然后分别固定在滚筒左右墙板的导电搁脚上。零件在滚筒内靠自身的重力作用与阴极导电装置自然连接。小零件的滚镀就是在这样的装置内进行的。滚筒的结构、尺寸、大小、转速、导电方式及开孔率等诸多因素均与滚镀的生产效率、镀层质量等有关。所以,滚筒是整个滚镀技术研究的重点之一。 2.2 滚镀是小零件在不停地翻滚的过程中进行的 滚镀时,小零件在滚筒内并非静止不动的,而是要随着滚筒的旋转不停地翻滚。这种翻滚具体到某一个零件的情况是:一会儿被埋进整个堆积零件的内部,一会儿又翻到外表面。这样周而复始,直到整个滚镀过程结束。 那么,为什么要使小零件在滚筒内不停地翻滚呢?

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