真空鍍膜設(shè)備磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應(yīng)用對(duì)象。但有一共同點(diǎn):利用磁場(chǎng)與電子交互作用,使電子在靶表面附近成螺旋狀運(yùn)行,從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)作用下撞向靶面從而濺射出靶材。在近幾十年的發(fā)展中,大家逐漸采用永久磁鐵,很少用線圈磁鐵。
靶源分平衡和非平衡式,平衡式靶源鍍膜均勻,非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強(qiáng)。平衡靶源多用于半導(dǎo)體光學(xué)膜,非平衡多用于磨損裝飾膜。
不管平衡非平衡,若磁鐵靜止,其磁場(chǎng)特性決定一般靶材利用率小于30%。為增大靶材利用率,可采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。但旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),同時(shí)濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多用于大型或貴重靶。如半導(dǎo)體膜濺射。對(duì)于小型設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備,多用磁場(chǎng)靜止靶源。
用磁控靶源濺射金屬和合金很容易,點(diǎn)火和濺射很方便。這是因?yàn)榘校帢O),等離子體,和被濺零件真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體如陶瓷則回路斷了。于是人們采用高頻電源,回路中加入很強(qiáng)的電容。這樣在絕緣回路中靶材成了一個(gè)電容。
但高頻磁控濺射電源昂貴,濺射速率很小,同時(shí)接地技術(shù)很復(fù)雜,因而難大規(guī)模采用。為解決此問(wèn)題,發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。就是用金屬靶,加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮?dú)饣蜓鯕?。?dāng)金屬靶材撞向零件時(shí)由于能量轉(zhuǎn)化,與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。
磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易,而實(shí)際操作困難。主要問(wèn)題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面,也發(fā)生在陽(yáng)極,真空腔體表面,以及靶源表面。從而引起滅火,靶源和工件表面起弧等。德國(guó)萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù),很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。其原理是一對(duì)靶源互相為陰陽(yáng)極,從而消除陽(yáng)極表面氧化或氮化。冷卻是一切源(磁控,多弧,離子)所必需,因?yàn)槟芰亢艽笠徊糠洲D(zhuǎn)為熱量,若無(wú)冷卻或冷卻不足,這種熱量將使靶源溫度達(dá)一千度以上從而溶化整個(gè)靶源。
一臺(tái)磁控設(shè)備往往很昂貴,但大家容易將錢(qián)花在設(shè)備其它上如真空泵,MFC, 膜厚測(cè)量上而忽略靶源。再好的磁控濺射設(shè)備若無(wú)好靶源,就像畫(huà)龍而沒(méi)有點(diǎn)睛一樣。
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