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2026-01-22 12:50:56超高真空磁控濺射系統(tǒng)
美國專業(yè)的制造商PVD公司是一家在磁控濺射沉積，電子束蒸發(fā)沉積，脈沖激光沉積等領(lǐng)域有著20年制造經(jīng)驗。

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2022-10-28 14:57:47詳解磁控濺射技術(shù)
一、磁控濺射的工作原理：磁控濺射是一種常用的物理氣相沉積（PVD）的方法，具有沉積溫度低、沉積速度快、所沉積的薄膜均勻性好，成分接近靶材成分等眾多優(yōu)點。磁控濺射的工作原理是：在高真空的條件下充入適量的氬氣，在陰極（柱狀靶或平面靶）和陽極（鍍膜室壁） 之間施加幾百K 直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使氬氣發(fā)生電離（在高壓作用下Ar 原子電離成為Ar+離子和電子），入射離子（Ar+）在電場的作用下轟擊靶材，使得靶材表面的中性原子或分子獲得足夠動能脫離靶材表面，沉積在基片表面形成薄膜。而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用，產(chǎn)生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar+ 來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠離靶表面，并在電場E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復雜的散射過程，和靶原子碰撞，把部分動量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級聯(lián)過程。在這種級聯(lián)過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量，離開靶被濺射出來。 二、磁控濺射優(yōu)點：（1）沉積速率快，沉積效率高，適合工業(yè)生產(chǎn)大規(guī)模應用；在沉積大部分的金屬薄膜，尤其是沉積高熔點的金屬和氧化物薄膜時，如濺射鎢、鋁薄膜和反應濺射TiO2、ZrO2薄膜，具有很高的沉積率。（2）基片溫度低，適合塑料等不耐高溫的基材鍍膜；（3）制備的薄膜純度高、致密性好、薄膜均勻性好、膜基結(jié)合力強。濺射薄膜與基板有著極好的附著力，機械強度也得到了改善；濺射的薄膜聚集密度普遍提高了，從顯微照片看，濺射的薄膜表面微觀形貌比較精致細密，而且非常均勻。（4）可制備金屬、合金、半導體、鐵磁材料、絕緣體（氧化物、陶瓷）等薄膜；（5））濺射的薄膜均具有優(yōu)異的性能。如濺射的金屬膜通常能獲得良好的光學性能、電學性能及某些特殊性能；（6）環(huán)保無污染。傳統(tǒng)的濕法電鍍會產(chǎn)生廢液、廢渣、廢氣，對環(huán)境造成嚴重的污染。不產(chǎn)生環(huán)境污染、生產(chǎn)效率高的磁控濺射鍍膜法則可較好解決這一難題。 三、磁控濺射技術(shù)的分類：（一）磁控濺射按照電源的不同，可以分為直流磁控濺射（DC）和射頻磁控濺射（RF）?！　☆櫭剂x，直流磁控濺射運用的是直流電源，射頻磁控濺射運用的是交流電源（射頻屬于交流范疇，頻率是13.56MHz。我們平常的生活中用電頻率為50Hz）?！　煞N方式的用途不太一樣，直流磁控濺射一般用于導電型（如金屬）靶材的濺射，射頻一般用于非導電型（如陶瓷化合物）靶材的濺射。 　　兩種方式的不同應用　　直流磁控濺射只能用于導電的靶材（靶材表面在空氣中或者濺射過程中不會形成絕緣層的靶材），并不局限于金屬。譬如，對于鋁靶，它的表面易形成不導電的氧化膜層，造成靶表面電荷積累（靶中毒），嚴重時直流濺射無法進行。這時候，就需要射頻電源，簡單的說，用射頻電源的時候，有一小部分時間是在沖抵靶上積累的電荷，不會發(fā)生靶中毒?！　∩漕l磁控濺射一般都是針對絕緣體的靶材或者導電性相對較差的靶材，利用同一周期內(nèi)電子比正離子速度快進而沉積到靶材上的電子數(shù)目比正離子數(shù)目多從而建立起自偏壓對離子進行加速實現(xiàn)靶的濺射。 　　兩種方式的特點：　　1、直流濺射：對于導電性不是很好的金屬靶，很難建立較高的自偏壓，正離子無法獲得足夠的能量去轟擊靶材　　2、射頻的設(shè)備貴，直流的便宜。 （二）磁控濺射按照磁場結(jié)構(gòu)，可以分為平衡磁控濺射和非平衡磁控濺射。平衡磁控濺射即傳統(tǒng)的磁控濺射，是在陰極靶材背后放置芯部與外環(huán)磁場強度相等或相近的永磁體或電磁線圈，在靶材表面形成與電場方向垂直的磁場。沉積室充入一定量的工作氣體，通常為Ar，在高壓作用下Ar 原了電離成為Ar+離子和電子，產(chǎn)生輝光放電，Ar+ 離子經(jīng)電場加速轟擊靶材，濺射出靶材原子、離子和二次電子等。電子在相互垂直的電磁場的作用下，以擺線方式運動，被束縛在靶材表面，延長了其在等離子體中的運動軌跡，增加其參與氣體分子碰撞和電離的過程，電離出更多的離子，提高了氣體的離化率，在較低的氣體壓力下也可維持放電，因而磁控濺射既降低濺射過程中的氣體壓力，也同時提高了濺射的效率和沉積速率。 但平衡磁控濺射也有不足之處，例如：由于磁場作用，輝光放電產(chǎn)生的電子和濺射出的二次電子被平行磁場緊緊地約束在靶面附近，等離子體區(qū)被強烈地束縛在靶面大約60 mm 的區(qū)域，隨著離開靶面距離的增大，等離子濃度迅速降低，這時只能把工件安放在磁控靶表面50～100 mm的范圍內(nèi)，以增強離子轟擊的效果。這樣短的有效鍍膜區(qū)限制了待鍍工件的幾何尺寸，不適于較大的工件或裝爐量，制約了磁控濺射技術(shù)的應用。且在平衡磁控濺射時，飛出的靶材粒子能量較低，膜基結(jié)合強度較差，低能量的沉積原子在基體表面遷移率低，易生成多孔粗糙的柱狀結(jié)構(gòu)薄膜。提高被鍍工件的溫度固然可以改善膜層的結(jié)構(gòu)和性能，但是在很多的情況下，工件材料本身不能承受所需的高溫。 非平衡磁控濺射的出現(xiàn)部分克服了以上缺點，將陰極靶面的等離子體引到濺射靶前200～300 mm 的范圍內(nèi)，使基體沉浸在等離子體中，如圖所示。這樣，一方面，濺射出來的原子和粒子沉積在基體表面形成薄膜，另一方面，等離子體以一定的能量轟擊基體，起到離子束輔助沉積的作用，大大的改善了膜層的質(zhì)量。非平衡磁控濺射系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)，一種是其芯部磁場強度比外環(huán)高，磁力線沒有閉合，被引向真空室壁，基體表面的等離子體密度低，因此該方式很少被采用。另一種是外環(huán)磁場強度高于芯部磁場強度，磁力線沒有完全形成閉合回路，部分外環(huán)的磁力線延伸到基體表面，使得部分二次電子能夠沿著磁力線逃逸出靶材表面區(qū)域，同時再與中性粒子發(fā)生碰撞電離，等離子體不再被完全限制在靶材表面區(qū)域，而是能夠到達基體表面，進一步增加鍍膜區(qū)域的離子濃度，使襯底離子束流密度提高，通?？蛇_5 mA/cm2 以上。這樣濺射源同時又是轟擊基體表面的離子源，基體離子束流密度與靶材電流密度成正比，靶材電流密度提高，沉積速率提高，同時基體離子束流密度提高，對沉積膜層表面起到一定的轟擊作用。 非平衡磁控濺射離子轟擊在鍍膜前可以起到清洗工件的氧化層和其他雜質(zhì)，活化工件表面的作用，同時在工件表面上形成偽擴散層，有助于提高膜層與工件表面之間的結(jié)合力。在鍍膜過程中，載能的帶電粒子轟擊作用可達到膜層的改性目的。比如，離子轟擊傾向于從膜層上剝離結(jié)合較松散的和凸出部位的粒子，切斷膜層結(jié)晶態(tài)或凝聚態(tài)的優(yōu)勢生長，從而生更致密，結(jié)合力更強，更均勻的膜層，并可以較低的溫度下鍍出性能優(yōu)良的鍍層。該技術(shù)被廣泛應用于制備各種硬質(zhì)薄膜。 （三）反應磁控濺射：以金屬、合金、低價金屬化合物或半導體材料作為靶陰極，在濺射過程中或在基片表面沉積成膜過程中與氣體粒子反應生成化合物薄膜，這就是反應磁控濺射。反應磁控濺射廣泛應用于化合物薄膜的大批量生產(chǎn)，這是因為：（1）反應磁控濺射所用的靶材料 ( 單元素靶或多元素靶 ) 和反應氣體 ( 氧、氮、碳氫化合物等 ) 純度很高，因而有利于制備高純度的化合物薄膜。（2）通過調(diào)節(jié)反應磁控濺射中的工藝參數(shù) , 可以制備化學配比或非化學配比的化合物薄膜，通過調(diào)節(jié)薄膜的組成來調(diào)控薄膜特性。（3）反應磁控濺射沉積過程中基板升溫較小，而且制膜過程中通常也不要求對基板進行高溫加熱，因此對基板材料的限制較少。（4） 反應磁控濺射適于制備大面積均勻薄膜，并能實現(xiàn)單機年產(chǎn)上百萬平方米鍍膜的工業(yè)化生產(chǎn)。 四、磁控濺射的應用：磁控濺射技術(shù)是一種非常有效的沉積鍍膜方法，非常廣泛的用于薄膜沉積和表面覆蓋層制備?？杀挥糜谥苽浣饘?、半導體、鐵磁材料、絕緣體（氧化物、陶瓷）等多材料，尤其適合高熔點和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當條件下多元靶材共濺射方式，可沉積所需組分的混合物、化合物薄膜；在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體，可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜；且設(shè)備簡單、鍍膜面積大和附著力強。 磁控濺射目前是一種應用十分廣泛的薄膜沉積技術(shù),濺射技術(shù)上的不斷發(fā)展和對新功能薄膜的探索研究,使磁控濺射應用延伸到許多生產(chǎn)和科研領(lǐng)域。 （1）在微電子領(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù),主要應用在化學氣相沉積(CVD)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的材料薄膜沉積,而且可以獲得大面積非常均勻的薄膜。包括歐姆接觸的Al、Cu、Au、W、Ti等金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴散勢壘層的TiN、Ta2O5、TiO、Al2O3、ZrO2、AlN等介質(zhì)薄膜沉積。 （2）磁控濺射技術(shù)在光學薄膜(如增透膜)、低輻射玻璃和透明導電玻璃等方面也得到應用。在透明導電玻璃在玻璃基片或柔性襯底上,濺射制備SiO2薄膜和摻雜ZnO或InSn氧化物(ITO)薄膜，使可見光范圍內(nèi)平均光透過率在90%以上。透明導電玻璃廣泛應用于平板顯示器件、太陽能電池、微波與射頻屏蔽裝置與器件、傳感器等。 （3）在現(xiàn)代機械加工工業(yè)中,利用磁控濺射技術(shù)制作表面功能膜、超硬膜，自潤滑薄膜，能有效的提高表面硬度、復合韌性、耐磨損性和抗高溫化學穩(wěn)定性能，從而大幅度地提高涂層產(chǎn)品的使用壽命。 磁控濺射除上述已被大量應用的領(lǐng)域,還在高溫超導薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜研究方面發(fā)揮重要作用。 五、磁控濺射的實用案例： 圖1 磁控濺射制備的MoS2薄膜，相比于CVD法，成功在低溫下制備了垂直片層的MoS2薄膜 圖2 磁控濺射法制備SiC多層薄膜用于鋰電池正極，可得到有均勻調(diào)制周期和調(diào)制比的多層薄膜
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2022-07-28 11:31:00帶你一文領(lǐng)略磁控濺射
主要功能：主要用于半導體應用，及各種需要進行微納工藝濺射鍍膜的情形?？梢杂糜诮饘俨牧希ń?、銀、銅、鎳、鉻等）的直流濺射、直流共濺射，絕緣材料（如陶瓷等）的射頻濺射，以及反應濺射能力。基片可支持硅片，氧化硅片，玻璃片，以及對溫度敏感的有機柔性基片等。 工作原理：通過分子泵和機械泵組成的兩級真空泵對不銹鋼腔體抽真空，當廣域真空計顯示的讀數(shù)達到10-6Torr量級或更高的真空時，主系統(tǒng)的控制軟件通過控制質(zhì)量流量計精確控制Ar氣體(如需要濺射氧化物薄膜，可增加O2)，此時可以設(shè)定工藝所要求的真空（一般在0.1-10Pa范圍）。這時可以根據(jù)濺射的需要開啟RF或DC電源，并通過軟件選擇所要濺射的靶槍，產(chǎn)生的Ar等離子轟擊相應的靶槍(如果增加O2，氧原子則會與濺射出來的原子產(chǎn)生反應，實現(xiàn)反應濺射)。并在樣品臺上方的基片上沉積出相應的薄膜，薄膜的膜厚可以通過膜厚監(jiān)控儀自動控制。工藝狀況可通過腔門上的觀察視窗實時觀看。自動遮板則可以遮擋每一次除了被選中的靶槍外的其它靶槍，防止被污染。 設(shè)備優(yōu)勢：考慮實驗應用要求工藝數(shù)據(jù)的可靠性，NANO-MASTER的磁控濺射設(shè)備在鍍膜均勻性、重復性和設(shè)備穩(wěn)定性等方面均有優(yōu)勢。1、鍍膜均勻性：在關(guān)鍵的鍍膜均勻性方面，對于6”硅片的金屬材料鍍膜，NM設(shè)備可以達到優(yōu)于3%的鍍膜均勻度。2、設(shè)備制造工藝：在配備相似等級的分子泵及機械泵的情況下，NM設(shè)備普遍具有更快的抽真空速率，可在20-25分鐘左右就達到高真空工藝。腔體真空的穩(wěn)定度影響鍍膜的性能。3、工藝的可重復性：NM設(shè)備在工藝控制方面，有更高的自動化能力，通過PC控制，減少人工干預造成的工藝偏差。相比需要人工配合的設(shè)備，導致不同人采用同樣的工藝做出來的效果卻不同，甚至同一個人在不同時間運行相同的工藝做出來的效果也不同。4、設(shè)備的緊湊性：在滿足相同性能情況下，由于加工精密度方面的優(yōu)勢，NM設(shè)備具有更緊湊的設(shè)計，占地面積較小，節(jié)約實驗室寶貴的空間。5、設(shè)備的穩(wěn)定性：NM設(shè)備的維護率較低，可以保證設(shè)備較長時間的穩(wěn)定運行，保證科研進度。
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2023-04-12 14:26:08季華實驗室磁控濺射系統(tǒng)順利驗收
季華實驗室磁控濺射系統(tǒng)順利驗收近日，NANO-MASTER工程師至季華實驗室，順利安裝驗收NSC-3500型磁控濺射系統(tǒng)！磁控濺射系統(tǒng)主要用于半導體應用，同時也可以用于各種需要進行微納工藝濺射鍍膜的情形?？捎糜诮饘俨牧希ń稹y、銅、鎳、鉻等）的直流濺射、直流共濺射，絕緣材料（如陶瓷等）的射頻濺射，以及反應濺射能力?；芍С止杵趸杵?，玻璃片，以及對溫度敏感的有機柔性基片等。設(shè)備優(yōu)勢01鍍膜均勻性對于最關(guān)鍵的鍍膜的均勻性方面，對于6”硅片的金屬材料鍍膜，NANO-MASTER可以達到優(yōu)于3%的鍍膜均勻度，而一些設(shè)備只能穩(wěn)定在5%甚至更高。02設(shè)備制造工藝在配備相似等級的分子泵及機械泵的情況下，NANO-MASTER具有更快的抽真空速率，比如可以在20-25分鐘左右就達到高真空工藝，而一些設(shè)備則需要30-40分鐘。腔體真空的穩(wěn)定度影響鍍膜的性能。03工藝的可重復性NANO-MASTER設(shè)備在工藝控制方面，有更高的自動化能力，通過PC控制，減少人工干預造成的工藝偏差。而一些設(shè)備要求人工配合，導致不同人采用同樣的工藝做出來的效果不同，甚至同一個人在不同時間運行相同的工藝做出來的效果也不同。04設(shè)備緊湊性一些設(shè)備在滿足相同性能情況下，由于加工的精密度方面的差距，造成設(shè)備比較龐大，占地面積較大，使得實驗室寶貴的空間被占用嚴重。而NANO-MASTER設(shè)備相對而言具有更緊湊的設(shè)計，占地面積也較小。05設(shè)備穩(wěn)定性進口設(shè)備的維護率較低，可以保證設(shè)備較長時間的穩(wěn)定運行，而一些設(shè)備的故障率高，不利于設(shè)備的穩(wěn)定使用，經(jīng)常因為故障影響實驗的正常進行，影響科研進度。
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2021-03-19 16:03:26KRI 考夫曼射頻離子源 RFICP380 輔助磁控濺射 WS2 薄膜
WS2 作為一種固體潤滑材料, 有著類似“三明治”層狀的六方晶體結(jié)構(gòu), 由于通過微弱范德華力結(jié)合的S—W—S層間距較大, 在發(fā)生摩擦行為時易于滑動而達到優(yōu)異的潤滑效果. WS2對金屬表面吸附力強, 且摩擦系數(shù)較低, 在高溫高壓、高真空、高輻射等嚴苛環(huán)境也能保持潤滑, 不易失效, 在航空航天領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景. 河南某大學研究室采用伯東 KRI 考夫曼射頻離子源 RFICP380  輔助磁控濺射 WS2 薄膜, 目的研究不同沉積壓力對磁控濺射 WS2 薄膜微觀結(jié)構(gòu)、力學性能和摩擦學性能的影響. KRI 射頻離子源 RFICP380 技術(shù)參數(shù):射頻離子源型號RFICP380Discharge 陽極射頻 RFICP離子束流>1500 mA離子動能100-1200 V柵極直徑30 cm Φ離子束聚焦, 平行, 散射流量15-50 sccm通氣Ar, Kr, Xe, O2, N2, H2, 其他典型壓力< 0.5m Torr長度39 cm直徑59 cm中和器LFN 2000 在磁控濺射沉積薄膜的實驗中, 工藝參數(shù)（如沉積壓力、沉積溫度、濺射功率等）對 WS2 薄膜的結(jié)構(gòu)和性能影響很大. 為制備摩擦磨損性能優(yōu)良的 WS2 薄膜, 需要系統(tǒng)研究磁控濺射沉積 WS2 薄膜的工藝方法.磁控濺射 WS2 薄膜的原理是利用稀薄氣體在低壓真空環(huán)境中發(fā)生輝光放電, 如果薄膜沉積時工作氣壓過低（10 Pa）, 真空室內(nèi)等離子體密度高, 濺射粒子向基體運動中發(fā)生碰撞多, 平均自由程減小, 以致無法到達基體表面進行沉積.因此, 合適的沉積壓力是磁控濺射沉積 WS2 薄膜的一個重要工藝參數(shù). KRI 離子源的獨特功能實現(xiàn)了更好的性能, 增強的可靠性和新穎的材料工藝. KRI 離子源已經(jīng)獲得了理想的薄膜和表面特性, 而這些特性在不使用 KRI 離子源技術(shù)的情況下是無法實現(xiàn)的.
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2018-11-23 00:58:40磁控濺射的種類
　
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