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磁控溅射薄膜沉积速率的研究

文章编号:　100025714(2005)042307204

磁控溅射薄膜沉积速率的研究Ξ

惠迎雪1,2,杭凌侠1,徐均琪1

(1.西安工业学院光电工程学院,西安710032;2.西北工业大学)

摘　要:　沉积速率是影响薄膜性能的重要参数,直接影响着薄膜质量的优劣.本文采用磁控溅射方法,在玻璃基底上沉积钛膜.通过对比研究了平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射两种工作模式下,靶基距、氩气流量等工艺参数对沉积速率的影响,同时测试了非平衡磁控溅射线圈励磁电流大小变化对薄膜沉积速率的影响.结果表明:磁控溅射源以非平衡模式工作时,线圈励磁电流在60～180A范围内,沉积速率随励磁电流的调整而变化;磁控溅射薄膜沉积速率随靶基距的增大而下降;相同工艺条件下,非平衡模式下薄膜沉积速率高于平衡模式,且更易受到氩气流量变化的影响.

关键词:　磁控溅射;非平衡磁控溅射;沉积速率;工艺参数

中图号:　O484.4 文献标识码:　A

沉积速率是影响薄膜性能和镀膜设备性能的重要因素.它的大小直接影响薄膜的许多性能,如牢固度、薄膜应力、电阻率、薄膜硬度、表面光洁度、表面形貌以及薄膜的微观结构等[1],对沉积速率的研究是了解镀膜设备工作特性的主要内容.

在实际的镀膜过程中,沉积速率可能与许多因素有关,如靶功率、靶基距、工作气压等.对于磁控溅射镀膜来说,提高溅射镀膜速率的关键在于如何提高等离子体的密度或电离度,以降低气体放电的阻抗,从而在相同的放电功率下获得更大的电流,也就是获得更多的离子轰击靶材.而提高等离子体的密度或电离度的关键在于如何充分的利用电子的能量,使其最大限度的用于电离.非平衡磁控溅射(unbalanced magnetron sputtering,UBMS)技术作为一种新型的技术,通过附加的磁场,使阴极靶面的等离子体状态发生较大改变,从而不仅具有普通磁控溅射(magnetron sputtering,MS)过程稳定、控制方便和大面积膜厚均匀性的特点,而且克服了基片附近离子密度小的缺点,容易获得附着力好、致密度高的薄膜,又避免了过高的内应力[2～4].目前,这种技术已经被广泛用来镀制T i、T iN、M oS2、D LC等多种功能薄膜[5].本文对MS和UBMS两种工作模式下薄膜沉积速率进行系统的研究,采用磁控溅射在玻璃基底上制备钛膜,研究了线圈励磁电流、靶基距和气体流量等工艺参数对沉积速率的关系,得出了一些有意义的结论.

1　镀膜设备

实验在白俄罗斯By-700型非平衡磁控溅射镀膜机上进行,图1为实验装置的系统结构图.磁控溅射沉积系统由一个磁控溅射靶和一个激励电流可调的电磁线圈构成.当电磁线圈不工作时,溅射系统工作在平衡模式,当电磁线圈通上一定的电流时,从靶面穿出的磁通量不等于穿入的磁通量,溅射系统工作在非平衡模式下,电磁线圈的激励电流在0～180A之间,所以等离子体的空间分布是可以调节的.

实验所用的磁控溅射靶电源为恒流源,其最大功率为10kW,靶面尺寸为480mm×480mm,靶材为金属T i.靶面永磁体产生的水平磁感应强度值在溅射跑道区为40～60mT.由于实验中放电会引起气压波动,可以通过控制气体流量的稳定性,使之

第25卷　第4期西　安　工　业　学　院　学　报 V ol125　N o14 2005年8月 JOURNA L OF XIπAN I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY Aug.2005

Ξ收稿日期:2005204210

作者简介:惠迎雪(1974-),男,西安工业学院助教,博士研究生,主要研究方向为薄膜技术、光电功能材料.

图1　非平衡磁控溅射系统结构图

Fig.1　S tructure of unbalanced megnetron sputtering system

保持确定的数值

,采用先启辉,然后调节溅射靶电流达到要求数值,再调节非平衡磁场激励电流的顺

序,使系统达到稳定工作状态.

2　薄膜制备

实验的内容主要是考查磁两种不同的磁控溅射工作模式下各工艺参数对沉积速率的影响.实验中本底真空为5×10-3Pa 时,工作气体为氩气,工作真空度为2.2×10-1Pa ,真空度和气体流量分别由真空计和气体流量计来调节和控制.

选用玻璃作为镀制基片,尺寸为90mm ×40mm ,用4?1的酒精和乙醚混合液清洗,然后用胶

带纸制作掩膜后,将其放置在基片台上

3　膜厚的测量

在实验中采用台阶法来测量薄膜的厚度,所采用的测量仪器是干涉显微镜,该仪器由干涉仪和显微镜组合而成,测量时是将被测件和标准光学镜面相比较,用光波波长作为尺子来衡量样片表面的台阶深度,从而得到薄膜的厚度.其工作原理是:在测

图2　薄膜台阶处条纹的位移

Fig.2　Displacement of inter ferential fringe

on sidestep of thin film

量时将平行单色光垂直照射到薄膜上,由于发生干

涉,产生了明暗相间的平行条纹,如图2所示,这时

光在薄膜上的干涉就能反映出薄膜形状上的变化了.根据条纹间距L 和薄膜台阶处条纹发生的位移ΔL 以及单色光的波长λ,并参照劈尖干涉的有关结论,可得膜厚d 与它们的关系[6]

d =ΔL ×λ/2L

实验中采用的是光源波长为0.54μm.为了保证测量的准确,可在薄膜上多选几点进行测量,然后再求其均值.

4　实验结果和讨论

4.1　励磁线圈电流对沉积速率的影响

保持靶基距145mm ,靶电流9A ,在60～180A 范围内调节线圈励磁电流,可以得到非平衡磁控溅射模式下,沉积速率随励磁电流的变化曲线,如图3所示.

图3　励磁线圈流与沉积速率的关系

Fig.3　Relationship between disposition ratio

of film and coil current

由图3可知,在60～180A 的范围内,沉积速率随着励磁电流的增大先减小后增大,在100～120A 处较小.可见,非平衡磁控溅射镀膜沉积速率随

着附加励磁线圈电流的变化而变化.显然,这是附加线圈励磁电流对磁场进行调制的结果.磁控溅射系统在非平衡模式工作时,与平衡模式相比,其最主要的特点是:非平衡模式可通过附加磁场调整靶表面的磁场分布,显著提高等离子体的密度.靶面磁场的大小是由线圈电流产生的附加磁场和由永久磁铁产生的固定磁场的矢量迭加决定的.非平衡磁场激励电流的调节过程也可以看成是优化阴极前横向磁场和纵向磁场场强分布的过程.随着线圈电流的变化,等离子体的密度分布受到影响,而等离子体的密度是影响溅射镀膜速率的关键因素.因此可以通过调节励磁电流来控制薄膜的沉积速率.

03 西　安　工　业　学　院　学　报第25卷

4.2　靶基距对沉积速率的影响保持靶电流9A ,靶基距从85mm 变到195mm 变化时,测得平衡模式(此时线圈励磁电流为0A )和非平衡模式(此时线圈励磁电流调整为120A )薄膜沉积速率和靶基距的变化曲线,如图4所示

.图4　不同工作模式靶基距和薄膜沉积速率的关系

Fig.4　Relation of disposition ratio of films and distance

between target and substrate

由图4可知,在两种工作模式下,随着靶基距的增大,沉积速率均有下降的趋势.这是因为当靶材和基片距离较近时,镀膜区等离子密度较高,而且气体散射的作用很小,薄膜沉积速率都很高;而随着靶基距的增大,被溅射材料射向基片时与气体分子碰撞的次数增多,同时等离子密度也减弱,动能减少,因此薄膜沉积速率减少.

实验中采用两种不同的工作模式研究靶基距与沉积速率的关系,以比较二者的不同,结果表明:在靶前85～165mm 范围内,相同工艺条件下,非平衡模式的沉积速率要略高一些.同时实验中还发现,当保持靶电流和其他工艺条件都不变时,非平衡磁场的存在,会使得靶电压得到不同程度的降低.如表1所示,靶电流相同条件下,非平衡模式靶电压比平衡模式靶电压低5～10V ,这一结论与文献[7]提出的数学模型是一致的.可见,如果

表1　不同工作模式靶电流和靶电压的关系

T ab.1　The V -I property of target under the balanced

and the unbalanced condition

靶电流/A 1.53691215靶电压/V

平衡模式245

285320400415425

非平衡模式240

275

310

390

408

420

保持靶电压不变,非平衡模式下溅射源的靶电流将高于平衡模式,会获得更多的离子轰击靶材,也就是说,非平衡磁控溅射有更高的薄膜沉积速率.

4.3　氩气分压与沉积速率的关系

随着氩气分压的变化,靶电压、真空度也会随之变化,相应的影响到薄膜的沉积速率.实验显示了磁控源以两种不同的工作模式时(在非平衡模式下,线圈励磁电流为120A ),靶基距保持在145mm ,靶电流9A 时,改变氩气分压对沉积速率的影

响.

如图5所示,无论是平衡磁控溅射还是非平衡磁控溅射,沉积速率随工作气压的增大而先增大后减小,有一个最大沉积速率,对应一个最佳工作气压.这可以由气体放电理论来解释[8]:当氩气流量小时,气体分子的平均自由路程大,使得被溅射材料和气体分子相互碰撞次数少,产生二次电子数目

也少,放电减弱或阴极捕集离子的效率低,沉积速

率低,随氩气流量增大,气体分子与被溅射材料原子碰撞次数增大,产生二次电子数目也增多,沉积速率增大,但氩气流量过大时,粒子与氩气碰撞次数大大增多,粒子能量在碰撞过程中大大损失,致使粒子达不到基片或无力冲破气体吸附层,于是便不能形成薄膜,或虽然勉强冲破气体吸附层,但与基片的吸附能却很小,因此沉积速率低.

图5　不同工作模式氩分压和薄膜沉积速率的关系

Fig.5　Relation between disposition ratio of

film and w orking gass pressure

此外,从图5还可看到,非平衡模式下,沉积速率随氩气分压变化波动更大.这是由于磁控溅射系统工作在非平衡模式时,在线圈磁场的作用下,靶面的磁力线被发散开来,更多的电子脱离了靶面磁场的束缚,形成了高密度的等离子体区,使得中性粒子在穿过阴极暗区的行程中,发生电荷转移碰撞的截面要比平衡模式大,因此其受到氩气分压变化的影响也要相对大一些.

03　第4期惠迎雪等:磁控溅射薄膜沉积速率的研究

5　结论

对于磁控溅射系统来说,磁场的分布是影响平衡和非平衡两种工作模式薄膜沉积速率的主要因素,通过实验结果和分析可得到如下结论.

1)磁控溅射源以非平衡模式工作时,线圈励磁电流在60～180A范围内,沉积速率随励磁电流的调整而变化;

2)薄膜沉积速率随靶基距的增大而下降,在相同工艺条件和靶电压下,非平衡模式薄膜沉积速率高于平衡模式;

3)与平衡模式相比,非平衡模式下薄膜沉积速率受氩气的影响相对大一些.

通过采用磁控溅射制备金属T i膜的工艺实验,研究了磁控溅射系统在不同工作模式下,沉积速率与工艺参数的关系规律.虽然本文结论是在T i 靶上得到的,但对Cu、M o以及类金刚石薄膜等功能薄膜的镀膜工艺研究,具有一定的参考价值.参考文献:

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业出版社,1991.

Study of the film deposition ratio by m agnetron sputtering

XI Ying-xue1,2,H ANG Ling-xia1,XU Jun-qi1

(1.School of Optoelectronical Engineering,X i’an Institute of T echnology,X i’an710032,China;

2.N orthwestern P olytechnical University)

Abstract:　The film deposition ratio is an im portant parameter in fluencing the film property,and hence is w orth of re2 searching in order to im prove the quality of thin films.The titanium(T i)films were deposited on glass substrates by conventional magnetron sputtering(MS)and unbalanced magnetron sputtering(BUMS)respectively.The influence of various factors,including target-to-substrate distance,w orking gases pressure and exciting current of coil,on the deposi2 tion ratio of films was experimentally studied.The results indicate the following conclusions.The deposition ratio of films by UMS varies with changes of the current of magnetron field coin from60to120A.The depositions ratio of films declines with the increase of distance between target and substrate.Under otherwise equal conditions,the film deposi2 tion ratio by UMS is higher and m ore in fluenced with w orking gases pressure than by MS.

K ey Words:　magnetron sputtering(MS);unbalanced magnetron sputtering(UBMS);deposition ratio;technical pa2 rameter

(责任编辑、校对　张立新) 013 西　安　工　业　学　院　学　报第25卷

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

实验磁控溅射法制备薄膜材料

实验磁控溅射法制备薄膜材料 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-

光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。如图1（a）所示为一个直流气体放电体系，在阴阳两极之间由电动势为的直流电源提供电压和电流，并以电阻作为限流电阻。在电路中，各参数之间应满足下述关系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保持一定，并逐渐提高两个电极之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。图1 直流气体放电随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。

磁控溅射技术进展及应用

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～

磁控溅射沉积系统技术参数

磁控溅射沉积系统技术参数一、功能及基本要求设备能够用于沉积纳米级的单层及多层功能膜和复合膜。要求可镀金属、合金、化合物、半导体、陶瓷膜、介质复合膜和其它化学反应膜等。要求设备工作的稳定性高、实验重复性好、多次实验结果误差小，从大气抽至工作真空度时间短，设备自动化程度高，操作简便，占地面积小，真空泵工作时噪音小。二、技术指标 1 工作条件： 1.1 正常室温（10℃-40℃）下，室内操作 1.2 电源：220V，50Hz 1.3 相对湿度：10—75% 主要技术指标 2 磁控靶 2.1 至少有2套永磁共焦磁控溅射靶 2.2 溅射靶角度连续可调 2.3 各溅射靶可独立/顺次/共同工作 2.4 磁控靶能够通水冷却以维持在较低温度 2.5 磁控靶RF、DC、MF兼容以满足不同种类的溅射需求 2.6 至少有一个靶位可以溅射磁性材料 2.7 磁控靶与基片的距离可调，以满足不同种类的溅射需求 3 真空条件 3.1 极限真空度≤6*10-5Pa（经烘烤除气后） 3.2 有负载情况下从大气抽至工作真空度时间小于等于35分钟 3.3 系统停泵关机12小时后真空度≤5Pa 4 样品台 4.1 样品台可放置样品的尺寸≥4英寸 4.1 样品台具有旋转功能，转速0-30rpm（或以上）可调 4.2 样品台具有加热功能，加热温度室温-500℃（或以上）可控可调 5 气路系统至少配备有两路进气系统，包含惰性气体和反应气体，且带有流量控制计

6 镀膜均匀性对样品镀膜的不均匀度≤±4.5% 7 反溅清洗要求设备能够施加负方向的偏压，在开始沉积之前能够对基片进行清洗三、技术服务和培训卖方须到买方提供的现场免费安装、调试设备，进行操作试验，直至运行正常，为仪器操作人员提供免费的操作及维护培训。四、质量保证测试验收合格后至少1年的整机质保。

磁控溅射技术原理、现状、发展及应用实例

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:

磁控溅射实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除磁控溅射实验报告篇一：薄膜实验报告,磁控溅射与高真空成膜电子科技大学实验报告姓名：郭章学号：20XX054020XX2 指导教师：许向东日期：20XX年6月12日一，实验室名称：光电楼薄膜制备实验室二，实验项目名称：有机多功能高真空成膜设备的使用及其注意事项三，实验原理有机oLeD器件的制备流程分为：ITo玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装（1）ITo玻璃的洗净及表面处理：ITo 作为阳极其表面状态直接影响空穴的注入和与有机薄膜层间的界面电子状态及有机材料的成膜性。如果ITo表面不清

洁，其表面自由能变小，从而导致蒸镀在上面的空穴传输材料发生凝聚、成膜不均匀。也有可能导致击穿，使面板短路。对洗净后的ITo玻璃还需进行表面活化处理，以增加ITo 表面层的含氧量，提高ITo表面的功函数。也可以用比例为水:双氧水:氨水=5:1:1混合的过氧化氢溶液处理ITo表面，使ITo表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，以提高ITo 表面的功函数来增加空穴注入的几率，可使oLeD器件亮度提高一个数量级。（2）有机薄膜的真空蒸镀工艺：LeD器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机材料的坩埚，加热坩埚蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。有机材料的蒸发温度一般在170℃～400℃之间、ITo样品基底温度在40℃～60℃ （3）金属电极的真空蒸镀工艺：金属电极仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属，因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。金属电极材料的蒸发一般用加热电流来表示，在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验，实验结果表明，金属电极材料的蒸发加热电流一般在20A～50A之间。（4）器件封装工艺：LeD器件的有机薄膜及金属薄膜遇水和空气后会立即氧化，使器件性能迅速下降，因此在封装

磁控溅射设备构造及其沉积薄膜原理

磁控溅射设备构造及其沉积薄膜原理 1. 实验目的：了解磁控溅射设备的构造，熟悉磁控溅射沉积薄膜的基本原理。 2. 实验内容： 2.1 了解磁控溅射设备的构造总体来讲，磁控溅射薄膜沉积系统包括：气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。其中 (1) 气路系统：与PECVD系统类似，磁控溅射系统应包括一套完整的气路系统。但是，与PECVD系统不同的是，PECVD系统中，气路中为反应气体的通道。而磁控溅射系统气路中一般为Ar、N2等气体。这些气体并不参与成膜，而是通过发生辉光放电现象将靶材原子轰击下来，使靶材原子获得能量沉积到衬底上成膜。 (2) 真空系统：与PECVD系统类似，磁控溅射沉积薄膜前需要将真空腔室抽至高真空。因此，其真空系统也包括机械泵、分子泵这一高真空系统。 (3) 循环水冷却系统：工作过程中，一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却，以防止部件损坏。 (4) 控制系统：综合控制PECVD系统各部分协调运转完成薄膜沉积，一般集成与控制柜。 2.2 磁控溅射沉积薄膜原理在阳极(除去靶材外的整个真空室)和阴极溅射靶材(需要沉积的材料)之间加上一定的电压，形成足够强度的静电场。然后再在真空室内通入较易离子化的惰性Ar气体，在静电场E的作用下产生气体离子化辉光放电。Ar气电离并产生高能的Ar+离子和二次电子e。高能的Ar+阳离子由于电场E的作用会加速飞向阴极溅射靶表面，并以高能量轰击靶表面，使靶材表面发生溅射作用。被溅射出的靶原子(或分子)沉积在基片上形成薄膜。由于磁场B的作用，一方面在阴极靶的周围，形成一个高密度的辉光等离子区，在该区域电离出大量的Ar+离子来轰击靶的表面，溅射出大量的靶材粒子向工件表面沉积；另一方面，二次电子在加速飞离靶表面的同时，受到磁场的洛伦兹力作用，以摆线和螺旋线的复合形式在靶表面作圆周运动。随着碰撞次数的

磁控溅射原理

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

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

实验磁控溅射法制备薄膜材料

实验磁控溅射法制备薄膜材料 The final edition was revised on December 14th, 2020.

实验4 磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的 1. 掌握真空的获得 2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法 3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法二、实验原理磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。 1. 辉光放电：辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。如图1（a）所示为一个直流气体放电体系，在阴阳两极之间由电动势为的直流电源提供电压和电流，并以电阻作为限流电阻。在电路中，各参数之间应满足下述关系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保持一定，并逐渐提高两个电极之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。图1 直流气体放电随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过

磁控溅射

磁控反应溅射。就是用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。为增大靶材利用率，可采用旋转磁场。但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。冷却水管。旋转磁场多用于大型或贵重靶。如半导体膜溅射。用磁控靶源溅射金属和合金很容易，点火和溅射很方便。这是因为靶（阴极），等离子体，和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。于是人们采用高频电源，回路中加入很强的电容。这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵，溅射速率很小，同时接地技术很复杂，因而难大规模采用。为解决此问题，发明了磁控溅射磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。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 和新的电子；新电子飞向基片，Ar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 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。

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

磁控溅射法制备薄膜材料实验报告

实验一磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的 1、详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序； 2、制备出一种金属膜，如金属铜膜； 3、测量制备金属膜的电学性能和光学性能； 4、掌握实验数据处理和分析方法，并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。二、实验仪器磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。三、实验原理 1、磁控溅射镀膜原理（1）辉光放电溅射是建立在气体辉光放电的基础上，辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。辉光放电时，两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述，以气压为1.33Pa 的 Ne 为例，其关系如图 5 -1 所示。图 5-1 气体直流辉光放电的形成当两个电极加上一个直流电压后，由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限，开始时只有很小的溅射电流。随着电压的升高，带电离子和电子获得足够能量，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流逐步提高，但是电压受到电源的高输

出阻抗限制而为一常数，该区域称为“汤姆森放电”区。一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉，出现电压降低。进一步增加电源功率，电压维持不变，电流平稳增加，该区称为“正常辉光放电”区。当离子轰击覆盖了整个阴极表面后，继续增加电源功率，可同时提高放电区内的电压和电流密度，形成均匀稳定的“异常辉光放电”，这个放电区就是通常使用的溅射区域。随后继续增加电压，当电流密度增加到～0.1A/cm 2时，电压开始急剧降低，出现低电压大电流的弧光放电，这在溅射中应力求避免。（2）溅射通常溅射所用的工作气体是纯氩，辉光放电时，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，这些被溅射出来的原子具有一定的动能，并会沿着一定的方向射向衬底，从而被吸附在衬底上沉积成膜。这就是简单的“二级直流溅射”。（3）磁控溅射通常的溅射方法，溅射沉积效率不高。为了提高溅射效率，经常采用磁控溅射的方法。磁控溅射的目的是增加气体的离化效率，其基本原理是在靶面上建立垂直与电场的一个环形封闭磁场，将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高它参与气体分子碰撞和电离过程的几率，从而显著提高溅射效率和沉积速率，同时也大大提高靶材的利用率。其基本原理示意见图 5-2。图 5-2 磁控溅射镀膜原理磁控溅射能极大地提高薄膜的沉积速度，改善薄膜的性能。这是由于在磁控

磁控溅射问题及解决

磁控溅射镀膜工艺六大常见问题点及改善对策： 1.膜层灰暗及发黑 (1)真空度低于0.67Pa。应将真空度提高到0.13-0.4Pa。 (2)氩气纯度低于99．9％。应换用纯度为99．99％的氩气。 (3)充气系统漏气。应检查充气系统，排除漏气现象。 (4)底漆未充分固化。应适当延长底漆的固化时间。 (5)镀件放气量太大。应进行干燥和封孔处理 2.膜层表面光泽暗淡 (1)底漆固化不良或变质。应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。 (2)溅射时间太长。应适当缩短。 (3)溅射成膜速度太快。应适当降低溅射电流或电压 3.膜层色泽不均 (1)底漆喷涂得不均匀。应改进底漆的施涂方法。 (2)膜层太薄。应适当提高溅射速度或延长溅射时间。 (3)夹具设计不合理。应改进夹具设计。 (4)镀件的几何形状太复杂。应适当提高镀件的旋转速度 4.膜层发皱、龟裂 (1)底漆喷涂得太厚。应控制在7—lOtan厚度范围内。 (2)涂料的粘度太高。应适当降低。 (3)蒸发速度太快。应适当减慢。 (4)膜层太厚。应适当缩短溅射时间。 (5)镀件温度太高。应适当缩短对镀件的加温时间 5.膜层表面有水迹、指纹及灰粒 (1)镀件清洗后未充分干燥。应加强镀前处理。

(2)镀件表面溅上水珠或唾液。应加强文明生产，操作者应带口罩。 (3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。应严禁用手接触镀件表面。 (4)涂料中有颗粒物。应过滤涂料或更换涂料。 (5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。应更换除尘器，并保持工作环境的清洁 6.膜层附着力不良 (1)镀件除油脱脂不彻底。应加强镀前处理。 (2)真空室内不清洁。应清洗真空室。值得注意的是，在装靶和拆靶的过程中，严禁用手或不干净的物体与磁控源接触，以保证磁控源具有较高的清洁度，这是提高膜层结合力的重要措施之一。 (3)夹具不清洁。应清洗夹具。 (4)底涂料选用不当。应更换涂料。 (5)溅射工艺条件控制不当。应改进溅射镀工艺条件

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，

JGP磁控溅射仪操作步骤

JGP –650型双室超高真空多功能磁控溅射系统操作步骤一、开机前的准备工作： 1、开动水阀，接通冷水，检查水压是否足够大，水压控制器是否起作用，保证水路畅通。 2、检查总供电电源配线是否完好，地线是否接好，所有仪表电源开关是否处于关闭状态。 3、检查分子泵、机械泵油是否到标注线。 4、检查系统所有的阀门是否全部处于关闭状态，确定磁控溅射室完全处在抽真空前封闭状态。二、换样品过程： 1、先打开真空显示仪，检查溅射室是否处于真空状态，若处于真空状态，首先要放气，室内的大气压与外界的大气压平衡，打开溅射室内的照明灯，看看机械手是否放在靶档板下面，定位锁是否已经抽出时（拔起），才能决定把屏蔽罩升起。 2、按动进步电机升开关，让屏蔽罩缓缓升起，到合适位置为止，当屏蔽罩升到最高位置时，进步电机升开关将不起作用。 3、换样品（靶材）时：松动螺丝，用清洗干净的镊子小心取出靶材，把靶材放到干净的容器内，以防污染；用纱布沾高纯酒精把溅射室清洗干净；放靶材时，一定要让靶材和靶面接触（即靶材必须是一平面，不平者勿用），把靶材放在中心（与靶的边界相距2-3mm.一定要用万用表来测量靶材（正极与靶外壁（负极）要断开，否则将要烧坏；然后把基片放在上面的样品架上（松动螺丝，把基片放在样品架上，然后上紧螺丝）。把样品架卡在转盘上。 4、按动进步电机降开关，让屏蔽罩缓缓下降，当下降到接近溅射室时，一定要把定位仪贴在屏蔽罩壁上，可以用左手按进步电机降开关，右手推动屏蔽罩使其安全降下来，注意千万不要使溅射室上真空圈损坏，一旦真空圈损坏，整个溅射室就无法抽真空，仪器不能正常工作。三、抽真空过程 1、换好样品后，磁控溅射室、进样室、和分子泵都处于大气状态，插板阀G2

射频磁控溅射详细操作流程与真空系统

磁控溅射操作流程 1、开循环水（总阀、分子泵），放气（两个小金属片打开；旁抽阀；V6）放完气后关闭； 2、开总电源，开腔装样品，开机械泵，抽到10pa以下； 3、开电磁阀，抽到10pa以下，开分子泵（按下绿色start按钮，分子泵加速，显示为400）时，关旁抽阀，再打开高阀；开溅射室烘烤，将电压调节至75V，烘烤时间为1h； 4、抽到1·10-4pa后，抽管道（缓慢打开V1截止阀，V2阀）；打开质量流量计电源，待示数稳定后，将阀开关拨至“阀控”位置，再将设定旋钮向右调节至最大，待示数变为“0” 时，将阀门开关拨至“关闭”，同时将设定旋钮设定为0； 5、开气瓶（一定要确定阀开关处于“关闭”位置，调节分压阀数值约为0.1mp；待质量流量计示数稳定后，将阀开关拨至“阀控”位置，调节到所需设定值，如20sccm； 6、开A靶、水冷盘、其他靶的循环水； 7、慢慢讲高阀回调，调节气压至1~3pa，起辉（开总控制电源、A靶射频电源、A靶），调节功率至60w，（A靶处的tune、load先处于WN状态，要进行调节时，应调节至Auto），调节tune为50%，Load值为10%~20之间（调节后需调回WN状态）；再按R.F起辉； 8、将高阀门调至最外，待气压稳定之后预溅射15分钟，在此期间要对齿轮挡板进行定位（先将小刚圈上提右转放下，然后向外旋转“马达”旁边的齿轮，直到听到“啪”的一声，最后左转上提小刚圈）； 9、打开电脑后面右边的三个电源开关，开电脑； 10、实验。调节好实验所需压强、功率、气体等，设置“样品位置”，“样品编号”，“挡板位置”（样品位置以A靶为标准，样品编号即为此时位于A靶上方样品的编号，挡靶位置在装挡板时就已位于B靶处，所以挡板默认为B靶所在位置，所有参数、位置设定好后即可开始镀膜； 11、每次镀膜完，要对其参数进行设定—应用—运行，待齿轮旋转不动时，用机械手推动挡板至B靶所在位置（上中下三孔对齐），—确定—两个360°—样品放在E靶—挡板放在B靶—开始。 12、镀膜结束。先关闭电脑，然后关闭R.F，将功率调节至0，依次关闭三个电源（最后关总溅射电源），关闭气瓶总阀，调节气体质量流量计至最大，待其示数变小为零；关闭分压阀，待流量计示数变为零，关闭质量流量计，依次关闭V2、V1阀，随后关闭高阀，按分子泵Stop键，待其示数降为零，再关闭分子泵电源； 13、依次关闭电磁阀、溅射室机械泵、设备总电源，关闭所有循环水。

磁控溅射技术研究进展

磁控溅射技术研究进展薄膜技术不仅可改变工件表面性能，提高工件的耐磨损、抗氧化、耐腐蚀等性能，延长工件使用寿命，还能满足特殊使用条件和功能对新材料的要求。磁控溅射技术具有溅射率高、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，因此，被认为是镀膜技术中最具发展前景的一项新技术，同时也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[1-8]。 1 磁控溅射技术原理溅射是指具有一定能量的粒子轰击固体表面，使得固体分子或原子离开固体从表面射出的现象。溅射镀膜是指利用粒子轰击靶材产生的溅射效应，使得靶材原子或分子从固体表面射出，在基片上沉积形成薄膜的过程。磁控溅射是在辉光放电的两极之间引入磁场，电子受电场加速作用的同时受到磁场的束缚作用，运动轨迹成摆线增加了电子和带电粒子以及气体分子相碰撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压。而Ar＋离子在高压电场加速作用下与靶材撞击，并释放能量使靶材表面的靶原子逸出靶材，飞向基板并沉积在基板上形成薄膜。图1所示为平面圆形靶磁控溅射原理。磁控溅射技术得以广泛的应用是由该技术的特点所决定的。可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料，包括各种金属、半导体、铁磁材料、以及绝缘的氧化物陶瓷、聚合物等物质。磁控溅射可制备多种薄膜不同功能的薄膜，还可沉积组分混合的混合物化合物薄膜。在溅射过程中基板温升低和能实现高速溅射，溅射产生二次电子被加速为高能电子后，在正交磁场作用下作摆线运动，不断与气体分子发生碰撞，把能量传递给气体分子本身变为低能粒子也就不会使基板过热。随着磁控溅射技术的发展，发展起了反应磁控

实验磁控溅射法制备薄膜材料

磁控溅射操作流程及注意事项

磁控溅射操作流程及注意事项一、打开冷却水箱电源（）注：水箱电源是设备的总电源。，水压控制器是否起作用。0.1MPa）检查水压是否足够大（二、放气 2.1 确认磁控溅射室内部温度已经冷却到室温； 2.2 检查所有阀门是否全部处于关闭状态； 2.3 磁控溅射室的放气阀是V2，放气时旋钮缓慢打开，这可以保证进入气流不会太大； 2.4 放气完毕将气阀关紧。三、装卸试样与靶材 3.1 打开B柜总电源（在B9面板上），电源三相指示灯全亮为正常。 3.2 提升或降落（B4“升”或“降“）样品台要注意点动操作，不要连续操作。 3.3 装卸试样与靶材要戴一次性薄膜手套，避免油污、灰尘等污染。 3.4 磁控靶屏蔽罩与阴极间距为2-3毫米，屏蔽罩与阴极应该为断路状态。 3.5 装载试样要注意试验所用样品座位置与档板上溅射孔的对应，并记录样品座的编号及目前所对应的靶位。 3.6 降落样品台时要注意样品台与溅射室的吻合，并用工业酒精擦洗干净样品台与溅射室的配合面。四、抽真空 4.1 确认D面板“热电偶测量选择”指示“Ⅰ”时； 4.2 确认闸板阀G2、G4已经关闭； 4.3 打开B4上“机械泵Ⅰ”，再打开气阀V1，开始抽低真空。 4.4 打开B3面板的电源开关，同时关闭“复合”键。可以从B3－1处观察低真空度。(低真空测量下限为0.1Pa）。当真空度小于5Pa可以开始抽高真空。 4.5 关闭气阀V1，打开B4上“电磁阀Ⅰ”（确认听到响声表示电磁阀已开） 4.6 打开B8面板的磁控室分子泵电源，按下“START”键，按下FUNC/DA TA键，数字开始逐步上升，等大于H100.0后打开闸板阀G1，随后分子泵速上升并稳定到H400.0。 4.7 磁控室的高真空度在B2面板显示，不要一直开着高真空的测量，也不要频繁开关, 通常每隔1-2小时可打开观察一次，等示数稳定后再关闭（一般不超过3分钟）。五、充气 5.1确认高真空度达到了-4、-5的数量级，在充气之前必须关闭高真空计； 5.2 打开A1面板上MFC电源，预热3分钟； 5.3 稍关闭闸板阀G1到一定程度，但不要完全关紧 5.4 打开V4、V6（若是二路进气，V5应和V6同时打开）阀门 5.5 将控制阀扳到“阀控“位置 5.6 打开气瓶阀门，稍旋紧减压阀至压力示数为0.1MPa即可； 5.7 调节MFC阀控的设定（一般在30左右），再进一步关紧闸板阀使得低真空（B3－1）读数接近所需的溅射压强，然后通过微调MFC阀控得到所需的溅射压强。