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| 2016磁控濺射靶材的研究進(jìn)展 |
| 發(fā)布時(shí)間：2017-05-15 瀏覽： 次 |
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濺射鍍膜是用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術(shù)。 1852 年 Grove 在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了陰極濺射現(xiàn)象， 被公認(rèn)為是真空濺射鍍膜的開始。 從目前來看，磁控濺射技術(shù)的發(fā)展前景十分可觀，靶材溫升慢、沉積速率高兩大顯著特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種材料薄膜的制備， 有關(guān)磁控濺射各個(gè)過程的物理機(jī)制研究也顯得越來越重要。 靶材作為真空鍍膜中的主要消耗部件， 其特性直接關(guān)系到薄膜質(zhì)量以及鍍膜的成本，故如何改進(jìn)靶材性能，提高靶材的利用率成為真空鍍膜生產(chǎn)中亟需解決的難題 。本文在介紹磁控濺射原理的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的最新研究進(jìn)展分析， 同時(shí)提出未來磁控濺射技術(shù)的發(fā)展方向. 磁控濺射鍍膜原理如圖：  其中基體與靶材平行相對(duì)，靶材接負(fù)電位，故基體相對(duì)于靶材處于正電位。在正負(fù)兩極中引入磁場(chǎng)，電子受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同影響，在洛倫茲力 F=e(v×B)的作用下成擺線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而增加了電子和惰性氣體碰撞的概率， 導(dǎo)致氬原子的離化率大大提高，入射靶面的 Ar + 密度逐漸增加，提高了濺射速率。 被濺射出來的中性原子由于不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的限制，飛向基板并在基板上形成薄膜。磁控濺射被應(yīng)用到很多工業(yè)領(lǐng)域， 尤其在大面積平板玻璃中的應(yīng)用更為廣泛。 普通的磁控濺射靶在濺射過程中只有一條很窄的刻蝕環(huán)，且傳統(tǒng)的磁控濺射系統(tǒng)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)固定，靶面磁場(chǎng)分布不均勻，濺射速率以及薄膜沉積速率的提高空間受到限制，不一致的磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致靶材的異常刻蝕及薄膜厚度分布不均，所以靶材利用率比較低。所以磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于優(yōu)化磁場(chǎng)分布和工藝條件(工作電壓、濺射時(shí)間、靶材溫度等) 、擴(kuò)展靶材濺射區(qū)域(電磁場(chǎng)正交區(qū)域加寬) 、加強(qiáng)靶材的冷卻效率等，從而提高靶材的利用率和濺射速率。 在工業(yè)鍍膜過程中， 磁控濺射靶材利用率的高低直接影響鍍膜成本以及薄膜特性 ，針對(duì)靶材利用率低的問題，一些常用的改進(jìn)平面靶結(jié)構(gòu)的方法，如采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 增加濺射面積，或增加導(dǎo)磁墊片或附加永磁體來均勻磁場(chǎng)分布，又如 “分流設(shè)計(jì)”，以及新型磁控濺射器等。 通過改變磁鐵的相對(duì)位置或增加磁極的數(shù)量等來獲得靶面理想的磁場(chǎng)分布， 如采用兩塊極性相對(duì)的環(huán)狀磁鐵 ，有學(xué)者提出的“具有全靶剝蝕的矩形磁控靶”結(jié)構(gòu)，裸靶結(jié)構(gòu)等 ，還有學(xué)者提出移動(dòng)式磁場(chǎng)靶結(jié)構(gòu)，可以擴(kuò)展放電區(qū)內(nèi)的電子跑道，使靶材刻蝕面積增加， 尤其對(duì)復(fù)合型靶材的薄膜均勻性有很大的改善。 總的來說， 平面磁控濺射靶的改良方案一般歸納為兩種方法：一種是工業(yè)中常常采取的方法，即從結(jié)構(gòu)上改善靶面水平磁場(chǎng)的分布， 實(shí)用價(jià)值比較高;第二種是在研究領(lǐng)域中常常采取的方式，即通過一些動(dòng)態(tài)的方法來改善靶面的水平磁場(chǎng)分布， 如設(shè)置增加交流電磁線圈來控制磁場(chǎng)隨時(shí)間變化， 或采用機(jī)械裝置使靶和永磁體成相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 或旋轉(zhuǎn)靶材的制備等，這種方法效果明顯，但同時(shí)也增加了制造成本， 在工業(yè)中的實(shí)用價(jià)值有限。 目前，這些技術(shù)逐漸被國(guó)內(nèi)的靶材生產(chǎn)廠家運(yùn)用。 磁控濺射技術(shù)由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)成為工業(yè)鍍膜的主導(dǎo)力量， 目前磁控濺射技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合已成為研究趨勢(shì)， 采用計(jì)算機(jī)模擬不僅降低了研究成本，也可以直觀地觀察鍍膜的相關(guān)物理過程，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。 在未來的研究領(lǐng)域中，磁控濺射技術(shù)與表面工程技術(shù)、機(jī)械工程等技術(shù)的結(jié)合成為必然趨勢(shì)， 如何從結(jié)構(gòu)改良和表面處理著手來提高靶材表面材料特性， 增加換熱效果， 提高靶材利用率以及有效提高生產(chǎn)線換靶效率成為未來研究的方向。 |
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