二極濺射鍍膜

二極濺射鍍膜

二極濺射鍍膜是指在真空環境中利用粒子轟擊靶材產生的濺射效應,使得靶材原子或分子從固體表面射出,在基片上沉積形成薄膜的過程。屬於物理氣相沉積(PVD)製備薄膜技術的一種。也可稱為直流二極濺射鍍膜,二極陰極濺射鍍膜。

原理簡介

濺射效應示意圖 濺射效應示意圖

在真空設備中通入惰性氣體(一般為氬氣Ar),在兩極加上一定電壓使其電離產生電漿,靶材表面加上一定的負偏壓,使得電漿中的正離子飛速向靶材表面運動,撞擊靶材表面使其產生濺射效應產生靶原子,靶材原子在真空室中自由運動,於工件表面沉積,從而形成薄膜。實際上是靶材由固相變成氣相再變回固相的過程。

優點:二極濺射鍍膜最大優點就是結構簡單,控制不困難,三個主要工藝參量是工作壓力P(一般以氬為工作氣體),電壓U,電流I。這三者只要有兩個參數固定,第三個也就固定了,操作時重複性很好。如果操作得法,則濺射鍍膜均勻區可達到靶直徑的75%,膜厚偏差範圍為 ±5 %~±10%。

缺點:首先,一般濺射裝置的排氣系統基本上都用油擴散泵系統,二極濺射的工作壓力比較高(通常高於1Pa),在此壓力範圍內,擴散泵幾乎不起作用,主閥處於關閉狀態,排氣速度小,本底真空和氬氣中殘留氣氛對濺射鍍膜影響極大。

其次,二極濺射鍍膜的沉積速率低,10μm以上的厚膜不宜採用此法鍍制。二極濺射速率之所以比較低,是由其放電形式所決定的。二極濺射陰極和陽極間的距離通常在2~6㎝左右,間距過大,沉積速率下降太快。間距過近,二次電子在兩極間的運動距離過短,維持放電困難。靶面的熱量耗散不出去也是阻礙濺射速率提高的一個原因。二極濺射靶電壓高(幾千伏),靶電流低,靶的熱耗散功率成了提高靶功率的障礙。

最後,大量的二次電子直接轟擊基片,使基片溫度過高是二極濺射又一明顯的缺點。這會使基片造成某些性能不可逆變化的輻射損傷。

發展套用

二極濺射鍍膜由於裝置的基本構造簡單,早起在實驗室和工業生產中都曾經採用過,但現在看來,隨著濺射鍍膜技術的發展,如磁控濺射鍍膜,裝置得到了更好的改善,如今二極濺射這種裝置的實用意義已不大。

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