真空鍍膜設備磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應用對象。但有一共同點:利用磁場與電子交互作用,使電子在靶表面附近成螺旋狀運行,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。平衡靶源多用于半導體光學膜,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。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機構(gòu),同時濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶。如半導體膜濺射。對于小型設備和一般工業(yè)設備,多用磁場靜止靶源。
用磁控靶源濺射金屬和合金很容易,點火和濺射很方便。這是因為靶(陰極),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,回路中加入很強的電容。這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。
但高頻磁控濺射電源昂貴,濺射速率很小,同時接地技術(shù)很復雜,因而難大規(guī)模采用。為解決此問題,發(fā)明了磁控反應濺射。就是用金屬靶,加入氬氣和反應氣體如氮氣或氧氣。當金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化,與反應氣體化合生成氮化物或氧化物。
磁控反應濺射絕緣體看似容易,而實際操作困難。主要問題是反應不光發(fā)生在零件表面,也發(fā)生在陽極,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。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù),很好的解決了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極,從而消除陽極表面氧化或氮化。冷卻是一切源(磁控,多弧,離子)所必需,因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量,若無冷卻或冷卻不足,這種熱量將使靶源溫度達一千度以上從而溶化整個靶源。
一臺磁控設備往往很昂貴,但大家容易將錢花在設備其它上如真空泵,MFC, 膜厚測量上而忽略靶源。再好的磁控濺射設備若無好靶源,就像畫龍而沒有點睛一樣。
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