磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料,且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。

 

磁控溅射原理

一文带你了解磁控溅射及其靶材!

电子在电场E的作用下,在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar正离子和新的电子;新电子飞向基片,Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。

 

在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场和磁场作用,产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移,简称E×B漂移,其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。

随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低。

磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程,和靶原子碰撞,把部分动量传给靶原子,此靶原子又和其他靶原子碰撞,形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量,离开靶被溅射出来。

磁控溅射一般分为二种:直流溅射和射频溅射,其中直流溅射设备原理简单,在溅射金属时,其速率也快。而射频溅射的使用范围更为广泛,除可溅射导电材料外,也可溅射非导电的材料,同时还司进行反应溅射制备氧化物、氮化物和碳化物等化合物材料。若射频的频率提高后就成为微波等离子体溅射,常用的有电子回旋共振(ECR)型微波等离子体溅射。

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磁控溅射原理 图源:百度百科

 

磁控溅射靶材

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靶材制约着薄膜的物理、力学性能,影响镀膜质量,因而靶材质量评价较为严格,主要应满足如下要求;

 

1)杂质含量低,纯度高。靶材的纯度影响薄膜的均匀性。
 
2)高致密度。高致密度靶材具有导电、导热性好、强度高等优点,使用这种靶材镀膜,溅射功率小,成膜速率高,薄膜不易开裂,靶材使用寿命长,而且溅镀薄膜的电阻率低,透光率高。
 
3)成分与组织结构均匀。靶材成分均匀是镀膜质量稳定的重要保证。
 
4)晶粒尺寸细小。靶的晶粒尺寸越细小,溅镀薄膜的厚度分布越均匀,溅射速率越快。

 

溅射靶材主要应用于电子及信息产业,如电池,集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等;亦可应用于玻璃镀膜领域;还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。

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靶材的分类

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形状分类

根据形状可分为方靶,圆靶,异型靶。

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成分分类

根据成份可分为金属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材

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应用领域分类

根据应用领域分为微电子靶材、磁记录靶材、光碟靶材、贵金属靶材、薄膜电阻靶材、导电膜靶材、表面改性靶材、光罩层靶材、装饰层靶材、电极靶材、封装靶材、其他靶材

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磁控溅射靶材

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磁控溅射镀膜靶材:

金属溅射镀膜靶材,合金溅射镀膜靶材,陶瓷溅射镀膜靶材,硼化物陶瓷溅射靶材,碳化物陶瓷溅射靶材,氟化物陶瓷溅射靶材 ,氮化物陶瓷溅射靶材 ,氧化物陶瓷靶材,硒化物陶瓷溅射靶材 ,硅化物陶瓷溅射靶材 ,硫化物陶瓷溅射靶材 ,碲化物陶瓷溅射靶材 ,其他陶瓷靶材,掺铬一氧化硅陶瓷靶材(Cr-SiO),磷化铟靶材(InP),砷化铅靶材(PbAs),砷化铟靶材(InAs)。

高纯高密度溅射靶材有:

溅射靶材(纯度:99.9%-99.999%)

 

1. 金属靶材:

镍靶、钛靶、锌靶、铬靶、镁靶、铌靶、锡靶、铝靶、铟靶、铁靶、锆铝靶、钛铝靶、锆靶、铝硅靶、硅靶、铜靶、钽靶、锗靶、银靶、钴靶、金靶、钆靶、镧靶、钇靶、铈靶、钨靶、镍铬靶、铪靶、钼靶、铁镍靶、钨靶等金属溅射靶材。

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铜旋转靶材 图源:合纵新材

2. 陶瓷靶材

ITO靶、AZO靶、氧化镁靶、氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化铈靶、二氧化锆靶、五氧化二铌靶、二氧化钛靶、二氧化锆靶,、二氧化铪靶,二硼化钛靶,二硼化锆靶,三氧化钨靶,三氧化二铝靶五氧化二钽,五氧化二铌靶、氟化镁靶、氟化钇靶、硒化锌靶、氮化铝靶,氮化硅靶,氮化硼靶,氮化钛靶,碳化硅靶,铌酸锂靶、钛酸镨靶、钛酸钡靶、钛酸镧靶、氧化镍靶等陶瓷溅射靶材。

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ITO靶 图源纳丰新材料

3.合金靶材

镍铬合金靶、镍钒合金靶、铝硅合金靶、镍铜合金靶、钛铝合金、镍钒合金靶、硼铁合金靶、硅铁合金靶等高纯度合金溅射靶材。

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镍铬合金靶 图源:广东欧莱靶材

资料来源:研邦新材料,百度百科,PVD镀膜,合纵新材,纳丰新材料,广东欧莱靶材

文章来源:锂电产业通

原文始发于微信公众号(艾邦车衣膜论坛)

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