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      真空鍍膜機濺射沉膜技術基礎介紹

      2020-07-23

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      定義:
      以一定能量的粒子(離子或中性原子,分子)轟擊固體表面,使固體近表面的原子或分子獲得足夠大的能量而最終逸出固體表面的工藝,真空鍍膜機濺射只能在一定的真空狀態下進行
      真空鍍膜機

       以一定能量的粒子(離子或中性原子、分子)轟擊固體表面,使固體近表面的原子或分子獲得足夠大的能量而最終逸出固體表面的工藝。真空鍍膜機濺射只能在一定的真空狀態下進行。

      原理
              真空鍍膜機濺射用的轟擊粒子通常是帶正電荷的惰性氣體離子,用得最多的是氬離子。氬電離后,氬離子在電場加速下獲得動能轟擊靶極。當氬離子能量低于5電子伏時,僅對靶極最外表層產生作用,主要使靶極表面原來吸附的雜質脫附。當氬離子能量達到靶極原子的結合能(約為靶極材料的升華熱)時,引起靶極表面的原子遷移,產生表面損傷。轟擊粒子的能量超過靶極材料升華熱的四倍時,原子被推出晶格位置成為汽相逸出而產生濺射。對于大多數金屬,濺射閾能約為10~25電子伏。
       
      真空鍍膜機濺射產額
               即單位入射離子轟擊靶極濺出原子的平均數,與入射離子的能量有關。在閾能附近濺射,產額只有10-5~10-4個原子/離子,隨著入射離子能量的增加,真空鍍膜機濺射產額按指數上升。當離子能量為103~104電子伏時,濺射產額達到一個穩定的極大值;能量超過104電子伏時,由于出現明顯的離子注入現象而導致濺射產額下降。濺射產額還與靶極材料、原子結合能、晶格結構和晶體取向等有關。一般說來,單金屬的真空鍍膜機濺射產額高于它的合金;在絕緣材料中,非晶體濺射產額最高,單晶其次,復合晶體最低。
       
      真空鍍膜機濺射工藝

              真空鍍膜機濺射工藝主要用于真空鍍膜機濺射刻蝕和薄膜沉積兩個方面。濺射刻蝕時,被刻蝕的材料置于靶極位置,受氬離子的轟擊進行刻蝕??涛g速率與靶極材料的濺射產額、離子流密度和濺射室的真空度等因素有關。真空鍍膜機濺射刻蝕時,應盡可能從真空鍍膜機濺射室中除去濺出的靶極原子。常用的方法是引入反應氣體,使之與濺出的靶極原子反應生成揮發性氣體,通過真空系統從濺射室中排出。沉積薄膜時,濺射源置于靶極,受氬離子轟擊后發生濺射。如果靶材是單質的,則在襯底上生成靶極物質的單質薄膜;若在濺射室內有意識地引入反應氣體,使之與濺出的靶材原子發生化學反應而淀積于襯底,便可形成靶極材料的化合物薄膜。通常,制取化合物或合金薄膜是用化合物或合金靶直接進行濺射而得。在濺射中,濺出的原子是與具有數千電子伏的高能離子交換能量后飛濺出來的,其能量較高,往往比蒸發原子高出1~2個數量級,因而用濺射法形成的薄膜與襯底的粘附性較蒸發為佳。若在濺射時襯底加適當的偏壓,可以兼顧襯底的清潔處理,這對生成薄膜的臺階覆蓋也有好處。另外,用真空鍍膜機濺射法可以制備不能用蒸發工藝制備的高熔點、低蒸氣壓物質膜,便于制備化合物或合金的薄膜。濺射主要有離子束濺射和等離子體濺射兩種方法。離子束濺射裝置中,由離子槍提供一定能量的定向離子束轟擊靶極產生濺射。離子槍可以兼作襯底的清潔處理和對靶極的濺射。為避免在絕緣的固體表面產生電荷堆積,可采用荷能中性束的濺射。中性束是荷能正離子在脫離離子槍之前由電子中和所致。離子束濺射廣泛應用于表面分析儀器中,對樣品進行清潔處理或剝層處理。由于束斑大小有限,用于大面積襯底的快速薄膜淀積尚有困難。 

           等離子體真空鍍膜機濺射也稱輝光放電濺射。產生濺射所需的正離子來源于輝光放電中的等離子區。靶極表面必須是一個高的負電位,正離子被此電場加速后獲得動能轟擊靶極產生濺射,同時不可避免地發生電子對襯底的轟擊。

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