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      幾種濺射鍍膜技術的優缺點比較

      發布時間:2014-8-14??????發布人:澤天傳感??????點擊:

      電子在電場有作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發生碰撞,電離出大量的氬離子和電子,電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材,濺射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響,被束縛在靠近靶面的等離子體區域內,該區域內等離子體密度很高,二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運動,該電子的運動路徑很長,在運動過程中不斷的與氬原子發生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材,經過多次碰撞后電子的能量逐漸降低,擺脫磁力線的束縛和延長電子的運動路徑,改變電子的運動方向,提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。

      濺射薄膜設備

      一、直流磁控濺射   磁控濺射鍍膜設備是在直流濺射陰極靶中增加了磁場,利用磁場的洛倫茲力束縛和延長電子在電場中的運動軌跡,增加電子與氣體原子的碰撞機會,導致氣體原子的離化率增加,使得轟擊靶材的高能離子增多和轟擊被鍍基片的高能電子的減少。平面磁控濺射的優點:1.靶功率密度可到 12W/cm2;2.靶電壓可到600V;3.氣體壓強可到到0.5Pa。平面磁控濺射的缺點:靶材在跑道區形成濺射溝道,整個靶面刻蝕不均勻,靶材利用率只有20%~30%。

      二、射頻(RF)濺射  沉積絕緣薄膜的原理 :將一負電位加在置于絕緣靶材背面的導體上,在輝光放電的等離子體中,當正離子向導體板加速飛行時,轟擊其前置的絕緣靶材使其濺射。這種濺射只能維持10-7秒的時間,此后在絕緣靶板上積累的正電荷形成的正電位抵消了導體板上的負電位,因此停止了高能正離子對絕緣靶材的轟擊。此時,如果倒轉電源極性,電子就會轟擊絕緣板,并在10-9秒時間內中和掉絕緣板上的正電荷,使其電位為零。這時,再倒轉電源極性,又能產生10-7秒時間的濺射。射頻濺射的優點:既可濺射金屬靶材,也可鍍絕緣體的介質靶材。

      三、非平衡磁控濺射 如果通過磁控濺射陰極的內、外兩個磁極端面的磁通量不相等,則為非平衡磁控濺射陰極。普通磁控濺射陰極的磁場集中在靶面附近,而非平衡磁控濺射陰極的磁場大量向靶外發散普通磁控陰極磁場將等離子體緊密地約束在靶面附近,而基片附近等離子體很弱,基片不會受到離子和電子較強的轟擊。非平衡磁控陰極磁場可將等離子體擴展到遠離靶面處,使基片浸沒其中。

      四、反應磁控濺射 在濺射過程中供入反應氣體與濺射粒子進行反應,生成化合物薄膜。它可以在濺射化合物靶的同時供反應氣體與之反應,也可以在濺射金屬或合金靶的同時供反應氣體與之反應來制備既定化學配比的化合物薄膜。反應磁控濺射制備化合物薄膜的優點:(1)所用靶材和反應氣體是氧、氮、碳氫化合物等,通常容易獲得高純度制品,有利于制備高純度的化合物薄膜;(2)通過調節工藝參數,可以制備化學配比或非化學配比的化合物薄膜,從而可調控膜的特性;(3)基板溫度不高,對基板限制少;(4)適于大面積均勻鍍膜,實現工業化生產。

      在反應磁控濺射工藝過程中,容易出現化合物濺射的不穩定現象,具體主要有:(1)化合物靶體的制備比較困難 ;(2)靶中毒引起的引?。ɑ」夥烹姡┈F象和濺射過程不穩定;(3)濺射沉積速率低;(4)膜的缺陷密度高。

      五、中頻交流磁控濺射  在中頻交流磁控濺射設備中,通常兩個尺寸大小和外形相同的靶并排配置,常稱為孿生靶。它們是懸浮安裝。通常對兩個靶同時供電,中頻交流磁控反應濺射過程中,兩個靶輪流作陽極和陰極,在同半周期互為陽-陰極。當靶處于負半周電位時,靶面被正離子轟擊濺射;而在正半周時等離子體的電于被加速到達靶面,中和在靶面絕緣面上累積的正電荷,這樣既抑制了靶面打火,又消除了“陽極消失”的現象。

      中頻交流磁控濺射電源頻率:在10~100kHz,可保證絕緣材料靶和金屬靶面上的絕緣沉積層導通。研究表明,頻率過高,濺射靶的正離子能量低,濺射速率低,在滿足抑制打火的前提下,電源頻率應取較低值,一般不高于60~80kHz交流電的波形對濺射工藝有影響。正弦波形電源的電流響應好,一般采用對稱輸出。推薦中頻交流磁控濺射電源:40kHz正弦波形,對稱供電,帶有自匹配網絡的交流電源。中頻雙靶反應濺射的優點是:(1)沉積速率高。對硅靶,中頻反應濺射的沉積速率是直流反應濺射速率的10倍;(2)濺射過程可穩定在設定的工作點;(3)消除了“打火”現象。所制備的絕緣膜的缺陷密度比直流反應濺射法的少幾個數量級;(4)基板溫度較高有利于改善膜的質量和結合力;(5)中頻電源比射頻電源容易與靶匹配。其中的一種對策就是改變電源供電運行模式,采用定期反導電的新電源運行模式,當靶面剛沉積一點絕緣膜就讓離子把它濺走,當有正電荷在膜上積聚時就讓負電荷把它中和。另一種方法是改變控制模式,選濺射工作點讓靶面維持在金屬型的狀態,而沉積在基片上剛好合成所需的化合物,保持穩定高速沉積條件。本文由澤天傳感歸納整理,轉載請保留。

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