旗下网站

若气压太低 或者极间距离太小

2019-11-18  

  磁控溅射镀膜及其使用 溅射道理 溅射道理 1. 先让惰性气体(凡是为Ar气)发生辉光放电 现象发生带电的离子; 2. 带电离子经电场加快后撞击靶材概况,使靶 材原子被轰击而飞出来,同时发生二次电 子,再撞击气体原子从而构成更多的带电离 子; 3. 靶材原子照顾着脚夠的动能达到被镀物(基 材)的概况进?堆积。二八杠游戏 溅射道理 溅射道理示企图 溅射堆积示企图 溅射道理 溅射示企图 曲流辉光放电的电压电流密度关系图 溅射道理 ? 巴邢曲线 击穿电压UB:构成“非常辉 光放电”的环节是击穿电压UB。 UB次要取决于二次电子的平 均程和极之间的距 离。为了惹起最后的“雪崩”, 每个二次电子必需发生出约 10~20个离子。若气压太低 或者极间距离太小,二次电 子撞到阳极之前,无法达到 所需的电离碰撞次数。若气 压太高或极间距离太大,气 体中构成离子将因非弹性碰 撞而减速,以致于当轰击阴 极时,已无脚够的能量发生 二次电子。 巴邢曲线 溅射道理 辉光电位分布示企图 溅射道理 磁控溅射道理 ? 道理: 为了提高离化率,添加溅射堆积的速度,正在靶后背添加 是个无效的方式----电场取的交互感化,使得二次电子正在靶面 做螺旋式活动,大大耽误了二次电子的活动行程,从而大大添加 了它同气体碰撞的机遇,从而大大地提高了离化率,添加了 溅射速度。 二次电子正在正交电的活动 二次电子正在靶面的活动示企图 磁控溅射道理 磁控溅射具有以下两大长处:提高档离子密度,从而提高 溅射速度;削减轰击零件的电子数目,因此降低了基材因电子轰 击的温升。因而,该手艺正在薄膜手艺中拥有从导地位。 磁控溅射阴极的最大错误谬误是:利用平面靶材是,靶材正在跑 道区构成溅射沟道,这沟道一旦贯穿靶材,则整块靶材即报废, 因此靶材的操纵率只要20-30%。不外,目前为了避免这个错误谬误, 良多靶材采用圆柱靶材形式,靶材操纵率得以大幅度提高。 矩形平面靶安拆布局示企图 磁控溅射道理 均衡磁控溅射 非均衡磁控溅射 磁控溅射道理 孪生靶分布示企图 磁控溅射道理 封锁非均衡示企图 溅射靶材 ? 溅射靶材按外形分类:矩形平面靶才、圆形平面靶才、圆柱靶材; 溅射靶材按成分分类:单质金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材; 溅射靶材 溅射靶材 溅射靶材 ? 平面靶材操纵率比力低,只要30%摆布,沿着环形跑道刻蚀。 靶材冷却取靶背板 ? 靶功率密度取靶材冷却 靶功率越大,溅射速度越大; 靶答应的功率取靶材的性质及冷却相关; 靶材采用间接水冷,答应的靶功率高。 ? 靶背板 利用场所: ITO、SiO2、陶瓷等脆性靶材及烧结靶材 Sn、In等软金属靶; 靶材太薄、靶材太贵。 材质要求: 导热性好—常用无氧铜,无氧铜的导热性比紫铜好; 强度脚够—太薄,容易变形,不易实空密封。 布局:空心或者实构—磁钢不泡或泡正在冷水中; 厚度恰当—太厚,耗损部门磁强;太薄,容易变形。 靶材取背板的毗连 ? 靶材取背板的毗连: 压接:采用压条,一般为了提高接触的优良性,会添加石墨纸、Pb 或者In皮; 钎焊:一般利用软钎料的环境下,要求溅射功率小于20w/cm2; 钎料常用In,In-Sn,Sn; 导电胶:采用导电胶,导电胶需要耐高温,一般厚度0.02~0.05um ? 毗连的要求: 导热性好—答应的溅射功率提高,从而溅射速度提高; 导电性好; 机械机能—毗连安稳; 化学不变性好—靶处于负高压,正在水中容易发生电解反映,从而使得 靶或背板遭到侵蚀。 磁控靶常用的永磁材料 ? 铁氧体 常用的铁氧体BaO.6Fe2O3和锶铁氧体SrO.6Fe2O3,一般以Fe2O3、 BaCO3或SrCO3粉料经夹杂、预烧、成型和高温烧结而成。 合理磁体外形为扁平状,短轴为磁化标的目的。 铁氧体的特点:高矫顽力HC(KA/m),低剩磁Br(T),镀膜常用Y30( Br 0.38~0.42T, HC160~216KA/m) 利用温度范畴:-40 ~85℃ ? 钕铁硼合金(稀土永磁材料) 典型成分:Nd2Fe14B 制备:烧结或者粘结,常用烧结的Br1.18~1.48T,HC800~2400KA/m 利用温度:可达240 ℃,一般不跨越150 ℃; 为避免正在大气中氧化,概况常镀镍。 靶材制备工艺 ? 制备工艺 ? 实空锻制—成型(锻、轧、拉伸) ? 靶材杂质含量低、密度高,能做大型靶,对对于熔点和密度相差较大 的两种(或以上)的金属,难以获得成分平均的合金靶材; ? 粉末冶金 ? 热压、热等静压、实空热压,用于制备高熔点或化合物靶材,靶材成 分平均,但杂质含量高,密度不易做高。 ? 热喷涂 靶材质量对镀膜的影响 ? 纯度 取决于薄膜特征的要求 合金取化合物靶要求成分平均化 致密度 1.溅射成膜过程中,靶材内部孔隙存正在的气体俄然形成微粒飞溅 ,使膜不致密,概况粗拙,缺陷添加; ? 2.密度较低的靶材易脆裂; ? 3.晶粒尺寸:靶材凡是为多晶布局,晶粒大小:um~mm量级;晶粒小 的溅射速度大;晶粒尺寸相差不大的,堆积膜的平均性较好; ? 4.结晶布局 ? 5.利用过程脱靶材情况的变化 跟着靶材利用时间的耽误,除呈现“跑道”外,还会呈现:概况晶粒 变粗,靶面呈现“瘤”的几多取大小取决于靶材的原始质量和溅射工艺 参数。 离子源 离子源 磁控溅射常见手艺 ? 曲流磁控溅射 曲流磁控溅射是正在曲流二 极溅射的根本上,正在靶材后 面安放磁钢。能够用来溅射 堆积导电膜,并且堆积速度 快;但靶材若为绝缘体的 话,将会敏捷形成靶材概况 电荷堆集,从而导致溅射无 法进行。所以对于纯金属靶 材的溅射,均采用曲流磁控 溅射,如溅射SUS、Ag、Cr、 Cu等。 磁控溅射常见手艺 ? 中频磁控溅射 常用来进行反映溅射,如金属氧化物、 氮化物及碳化物等,将少许反映性气体 N2, O2, C2H2等同惰性气体Ar2一路输入 到实空腔中,使反映气体取靶材原子一 起于基材上堆积。对于一些不易找到块 材料制成靶材的镀膜或陶瓷靶材正在溅镀 后,薄膜成分易偏离原靶材成分,也可 通过反映堆积来获得改善。美国出名公 司AE(Advanced Energy)开辟出中频孪生 靶溅射电源,现正在,这项手艺被普遍应 用于市场。 例如:将反映气体N2插手到Ar2中 溅射Cr,便可获得CrN镀层。反映溅射原 理如左图所示。 磁控溅射常见手艺 ? 射频磁控溅射 用来进行介质膜的溅 射,如正在玻璃上镀ITO膜之 前需镀上一层SiO2扩散隔离 层,该SiO2膜就是采用射频溅 射。 凡是正在溅镀过程中辉光 放电中的离子撞击到阴极 时,会取阴极的电子中和, 使得溅射现象能够继续进行。 但若靶材本身不导电的话, 离子撞击到靶材上没有电子 中和,正电荷一曲累积,便 离子撞击现象的搁浅。高周波电源 取后来的离子,这会制 问题。 成 代替曲流电源,便可处理此 磁控溅射常见手艺 ? 偏压溅射磁控 正在基片上加100-300V的负电压,使得Ar2+轰击靶材的同时也 轰击基片的膜层,利用偏压具有以下感化: 1. 改善附出力:1)将堆积过程中附出力欠好的晶粒打掉;2)促 进膜层取基片的扩散,添加扩散层的厚度。 2. 提高耐磨机能:偏压的利用使得膜层更致密。 3. 改善膜层布局:偏压使得膜层由柱状晶变为更好的球状晶粒。 但偏压也出缺点: 1. 偏压的利用会降低落积速度。 2. 过大的偏压利用会添加膜层的内应力。 磁控溅射常见问题 ? 阳极消逝 ? “打火” ? “靶中毒” ? 内应力 ? 靶材成分偏离 ? 砂孔 溅射镀膜的步调 ? 溅射镀膜一般有以下几步: 1. 放置膜料及拆入产物 2. 抽实空:包罗粗抽和精抽,一般线. 辉光清洗:通入惰性气体(一般为Ar),线Pa摆布, 打开辉光清洗电源,清洗偏压及时间由素材概况情况及附出力 要求决定。 4. 镀膜 5. 破实空,取产物:镀膜完成后,(待工艺要求,有时候 会充入氩气冷却)对实空室充入大气,待达到大气压,打开实 空室门取出产物。 磁控溅射工业使用 ? 磁控溅射正在PVD行业是使用及研究最普遍的,正在粉饰、工模具镀 膜、太阳能、幕墙玻璃、半导体、显示屏等很多行业都有普遍的使用。 正在此对以上某几个方面的使用做简单引见。 1. 粉饰镀 1.1 粉饰镀材料(基材) 金属:SUS、钢基合金、锌基合金等; 玻璃、陶瓷; 塑料:ABS、PVC、PC、尼龙等; 柔性材料:布,泡沫塑料、钢带等。 1.2 粉饰膜品种 金属基材粉饰镀膜层:TiN、ZrN、TiC、CrNx、TiCN、CrCN、TiOx 等 玻璃、陶瓷粉饰镀膜层:Au、Cr、TiN、ZrN等 塑料基材粉饰镀膜层:Al、Cu、SUS、ITO、TiO2等 柔性材料粉饰镀膜层: Al、ITO、TiO2等 磁控溅射工业使用 1.3 部门金属基材粉饰膜颜色 金属基材粉饰膜的品种及色调良多,下表列举了部门金属基材拆 饰膜的品种及颜色。 膜层品种 TiNx TiC TiCxNy TiN+Au ZrN ZrCxNy TiO2 CrNx TixAlNx TiZrAlNx 色调 浅黄、金黄、棕黄、黑色 浅灰色、深灰色、黑色 赤金、玫瑰金色、棕色、紫色 金色 金 金色、银色 紫青蓝、绿、黄、橙红色 雪白色 金、棕色、黑色 金 磁控溅射工业使用 各类颜色正在色度学中能够用色空间值L、a、b值来暗示。 L--敞亮度:L越大,暗示较白,L越小,暗示较黑; a --红取绿:a越大,暗示较红,a越小,暗示较绿; b --黄取蓝:b越大,暗示较黄,b越小,暗示较蓝。 例如,TiN仿金色的L, a, b值正在65~70、1.5~3、25~30之间。 TiC黑膜的L, a, b值正在30~40、-1.0~2.0、-1.0~2.0之间。 磁控溅射工业使用 ? 1. 磁控溅射离子镀手艺为黄铜电镀亮铬的卫生洁具镀制ZrN膜引见 采用基材为锆的非均衡磁控溅射靶和中频电源,以及脉冲偏压电源。 1. 1 抽线度摆布。 1.2 轰击清洗 线~15min。 1.3 镀膜 1)堆积锆底层 线W/CM2。 脉冲偏压:300~400V,占空比20%。 镀膜时间:5~10min。 磁控溅射工业使用 2) 镀ZrN膜 线W/CM2。 脉冲偏压:150~200V,占空比80%。 镀膜时间:20~30min。 因为磁控溅射手艺中金属离化率较低,不容易进行反映堆积, 获得化合物膜层的工艺范畴较窄。可采用气体离子源将反映气体离 化,扩大反映堆积的工艺范畴。也能够采用柱状弧源发生的等离子体 做为离化源,柱状弧源仍是辅帮镀膜源。 1.4 冷却 镀膜竣事后,起首封闭靶电源、偏压电源,然后封闭气源、停转 架。工件正在镀膜室中冷却到100度以下,向镀膜室充入大气,取出工 件。 磁控溅射工业使用 ? 2. 工模具镀膜 本节简单引见高速钢刀具增寿膜PVD镀膜工艺。 基材为高速钢刀具 采用曲流磁控溅射和中频磁控溅射的多个平面非均衡磁控溅射靶。 2.1 线 辉光及Ti离子轰击清洗 镀膜室充入氩气,线%。曲流 溅射钛靶电流20A,电压400~480V,轰击时间为20~30min。 2.3 镀钛底层 偏压:250~300V,占空比:30%。 通氩气,线Pa。 曲流溅射钛靶:电压400~480V,电流20A;时间:30min。 磁控溅射工业使用 2.4 堆积TiAlN 通入氮气,线%。 两台中频溅射钛铝靶电源:电压450V,电流20A。 镀制时间:240~350min,膜层厚度3~4min。 2.5 冷却 镀膜竣事后,起首封闭靶电源、偏压电源,然后封闭气源、停转架。 工件正在镀膜室中冷却到100度以下,向镀膜室充入大气,取出工件。 磁控溅射工业使用 ? 3. 太阳能光-热转换能效薄膜的镀制工艺 采用磁控溅射手艺正在玻璃管上镀制AlN-Al膜的镀制工艺。 3.1 安拆玻璃管。玻璃管经清洗、烘干后,及时安拆正在工件转架上。 3.2 抽线 镀膜 镀铝膜 实空度:通入氮气,实空室镀膜线Pa。 镀AlN膜:采用中频磁控进行反映溅射获得AlN膜。 用计较机节制氩气和氮气的流量,能够获得多层的AlN-Al膜,一般 镀15层,有优异的太阳能光谱选择接收特征。 磁控溅射工业使用 ? 4. 手机视屏减反射膜的镀制工艺引见 正在屏概况采用磁控溅射方式别离镀上高折射率的TiO2膜和低 折射率的SiO2膜,使屏具有低反射增透的结果,将会提高显示屏 的清晰度。 镀膜工艺 基材:PC或PMMA(亚克力),堆积温度30~35度。 膜系:二层减反膜(TiO2/SiO2)+防水膜(LaF3)。 镀膜:采用持续式镀膜机进行反映堆积。 电源:Si靶采用中频电源;Ti靶用曲流+脉冲电源。 线度。 蒸发:堆积防水膜LaF3。 磁控溅射工业使用 ? 5. Low-e(低辐射)幕墙玻璃镀膜工艺引见 目前国内出产低辐射玻璃膜系有单银和双银布局,此中面层和底 层分歧的厂家可能略有分歧。此中银镀层是功能层,一般几十个nm厚。 SnO2(SiC) NiCr Ag SnOxNy Glass SnO2(SiC) NiCr Ag NiCr Ag SnOxNy Glass 单银膜系 双银膜系 磁控溅射工业使用 持续镀膜系统(In-Line Sputtering System) 持续镀膜系统示企图 磁控溅射工业使用 磁控溅射工业使用 6. 电子、通信产物EMI溅射镀膜制程 清洗 烘干 喷砂 辉光清洗 溅射Cu或Ag镀层 溅射SUS或NiCr镀层 机能测试 查验 包拆 Cleaning Baking Sand blasting Discharge Cleaning Evaporate Cu or Ag coating Evaporate SUS or NiCr coating Performance test Inspection Shipping

  溅射镀膜道理及其使用_机械/仪表_工程科技_专业材料。磁控溅射镀膜及其使用 溅射道理 溅射道理 1. 先让惰性气体(凡是为Ar气)发生辉光放电 现象发生带电的离子; 2. 带电离子经电场加快后撞击靶材概况,使靶 材原子被轰击而飞出来,同时发生二次

相关文章