真空镀膜技术培训：PVD物理气相沉积课件.ppt

1、经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。真空技术讲义经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。真空镀膜（一）：真空镀膜（一）：主讲人：巴德纯主讲人：巴德纯PVD物理气相沉积物理气相沉积Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China主要内容主要内容o1.1

2、.真空镀膜概论真空镀膜概论o2.2.真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜o3.3.真空溅射镀膜真空溅射镀膜o4.4.真空离子镀膜和离子束沉积真空离子镀膜和离子束沉积技术技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.1.真空镀膜概论真空镀膜概论Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.1 1.1 真空镀膜技术真空镀膜技术o真空镀膜 在真空条件下利用某种方法，在固体表面上镀一层与基

3、体材料不同的薄膜材料，也可以利用固体本身生成一层与基体不同的薄膜材料，即真空镀膜技术。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.2 1.2 真空镀膜特点真空镀膜特点o在真空条件下镀膜，膜不易受污染，可获得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。o膜材和基体材料有广泛的选择性，可以制备各种不同的功能性薄膜。o薄膜与基体附着强度好，膜层牢固。o对环境无污染。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Univer

4、sity,China1.3 1.3 真空镀膜技术分类真空镀膜技术分类o物理气相沉积（PVD）如：热蒸发沉积、溅射沉积、离子镀和分子束外延o化学气相沉积（CVD）如：热化学气相沉积、光化学气相沉积、等离子体化学气相沉积o物理-化学气相沉积（PCVD）Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China真空表面处理技术的分类真空表面处理技术的分类Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China

5、各种干式镀膜技术的比各种干式镀膜技术的比较较Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.4 1.4 真空镀膜的应用真空镀膜的应用 薄膜的应用非常广泛，它可以应用于电子、机械、光学、能源、轻工、食品、建筑、装饰等工业方面以及传感器、变换器等。此外，塑料表面金属薄膜以及金属表面的塑料薄膜广泛应用于日常生活各方面。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China薄膜的应用薄膜的应用V

6、acuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.2.真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.1 2.1 真空蒸发镀膜原理真空蒸发镀膜原理o将膜材置于真空中，通过蒸发源对其加热使其蒸发，蒸发的原子或分子从蒸发源表面逸出。由于高真空气氛，真空室中气体分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸，故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞，以直线方式达到基片表面，通过物理

7、吸附和化学吸附凝结在基片表面，形成薄膜。这就是真空蒸发镀膜的基本原理。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China真空蒸发镀膜原理图真空蒸发镀膜原理图1.基本加热电源2.真空室3.基片架4.基片5.膜材6.蒸发舟7.加热电源8.抽气口9.真空密封10.挡板11.蒸汽流Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China蒸发镀膜成膜条件蒸发镀膜成膜条件o真空条件o蒸发条件o清洗条件 Va

8、cuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao真空条件 蒸镀室内真空度应高于10-2Pa 室内残余气体的分子到达基片表面上的几率膜材的蒸发速率10NLN曲线Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao蒸发条件 蒸发速率应足够大以达到工艺要求的沉积速率（kg/m2s）某些金属蒸气压与温度的关系曲线某些金属蒸气压与温度的关系曲线Vacuum and Fluid Engineering

9、 Research Center of Northeastern University,Chinao清洗条件 基片应进行镀前处理（粗糙度小，表面上无污染物，无氧化化层等）Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.2 2.2 蒸发源蒸发源o电阻加热式o电子束加热式o感应加热式o空心阴极等离子体电阻式加热式o激光束加热式按加热方式分类：按加热方式分类：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Univer

10、sity,China电阻加热式蒸发源电阻加热式蒸发源 丝状源与箔状源丝状源与箔状源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China电阻加热式蒸发源电阻加热式蒸发源 铝蒸发用坩埚加热器铝蒸发用坩埚加热器Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China电子束加热式蒸发源电子束加热式蒸发源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Nort

11、heastern University,China电子束加热式蒸发源电子束加热式蒸发源 e型枪工作原理示意图型枪工作原理示意图1.发射体组件 2.阳极 3.电磁线圈 4.水冷坩埚 5.离子收集板 6.电子收集极7.电子束轨迹 8.正离子轨迹 9.散射电子轨迹 10.等离子体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China电子束加热式蒸发源电子束加热式蒸发源 e型枪电子束偏转角型枪电子束偏转角Vacuum and Fluid Engineering Research Center of No

12、rtheastern University,China感应加热式蒸发源感应加热式蒸发源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源1.冷却水套 2.空心阴极 3.辅助阳极 4.聚束线圈 5.枪头 6.膜材 7.坩埚 8.聚焦磁场 9.基片Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China空心阴极等离子体电阻式加热式蒸

13、发源空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源 HCD枪特性枪特性 主束电源与引束电源的匹配主束电源与引束电源的匹配辅助阳极孔径与主束电压及束流的关系辅助阳极孔径与主束电压及束流的关系氩气流量与主束电压的关系氩气流量与主束电压的关系Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China激光加热式蒸发源激光加热式蒸发源1.玻璃衰减器 2.透镜 3.光圈 4.光电池 5.分光器6.透镜 7.基片 8.探头 9.靶 10.真空室 11.激光器Vacuum and Fluid Engineering Resea

14、rch Center of Northeastern University,China蒸发源按形状分类：蒸发源按形状分类：o点蒸发源o小平面蒸发源o环形蒸发源 环形线蒸发源、环形平面蒸发源、环形柱面蒸发源 环形锥面蒸发源o矩形平面蒸发源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China点蒸发源点蒸发源 及点源对平面的蒸发及点源对平面的蒸发点蒸发源的发射点蒸发源的发射点源对平面的蒸发点源对平面的蒸发Vacuum and Fluid Engineering Research Center of

15、Northeastern University,China小平面蒸发源小平面蒸发源 及小平面源对平行平面的蒸发及小平面源对平行平面的蒸发小平面蒸发源的发射小平面蒸发源的发射小平面源对平行平面的蒸发小平面源对平行平面的蒸发Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China环形蒸发源环形蒸发源 环形线蒸发源环形线蒸发源平面基片的环形线蒸发源平面基片的环形线蒸发源平行于基片的平行于基片的环形线源的膜厚环形线源的膜厚Vacuum and Fluid Engineering Research Cent

16、er of Northeastern University,China环形蒸发源环形蒸发源 环形平面蒸发源环形平面蒸发源平行于基片的环形平面蒸发源平行于基片的环形平面蒸发源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China环形蒸发源环形蒸发源 环形柱面蒸发源环形柱面蒸发源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China环形蒸发源环形蒸发源 环形锥面蒸发源环形锥面蒸发源Vacuum and

17、 Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China基片与蒸发源的相对位置基片与蒸发源的相对位置点蒸发源的等膜厚球面点蒸发源的等膜厚球面1.基片 2.球面工件架 3.点蒸发源小平面源的等膜厚面小平面源的等膜厚面1.基片 2.球面工件架 3.小平面源Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China圆形平面源的膜厚分布圆形平面源的膜厚分布Vacuum and Fluid Engineering Research

18、Center of Northeastern University,Chinao间歇式真空蒸发镀膜机 立式真空蒸发镀膜机 卧式真空蒸发镀膜机o半连续式真空蒸发镀膜机2.3 2.3 真空蒸发镀膜机真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China立式真空蒸发镀膜机立式真空蒸发镀膜机镀膜室镀膜室1.室体2.球面行星转动基片架 3.膜厚测量晶体4.烘烤装置 5.挡板6.膜材7.e型枪蒸发源 间歇式真空蒸发镀膜机间歇式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineerin

19、g Research Center of Northeastern University,China单室半连续真空镀膜机镀膜室单室半连续真空镀膜机镀膜室 1.照明灯 2.放卷辊 3.基带 4.导向辊 5.张紧辊 6.水冷辊 7.挡板 8.坩埚 9.送丝机构 10.室体 11.观察窗 12.抽气口 半连续式真空蒸发镀膜机半连续式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China送丝机构的结构送丝机构的结构1.坩埚 2.导管 3.膜材丝 4.主动辊轮 5.压轮 6.导向辊 7.支架

20、 8.绕丝轮半连续式真空蒸发镀膜机半连续式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China双室半连续真空蒸发镀膜机双室半连续真空蒸发镀膜机 1.室体2.收卷辊3.照明灯4.导向辊5.观察窗6.水冷辊7.隔板8.挡板9.蒸发源10.镀膜室抽气口11.橡胶辊12.铜辊13.烘烤装置14.放卷辊 15.卷绕室抽气口半连续式真空蒸发镀膜机半连续式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern Un

21、iversity,China蒸发源的位置蒸发源的位置1.基体 2.蒸发源半连续式真空蒸发镀膜机半连续式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China开启机构示意图开启机构示意图1.真空室体 2.卷绕机构 3.密封大板 4.动力柜 5.行程开关 6.小车半连续式真空蒸发镀膜机半连续式真空蒸发镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.4 2.4 特殊蒸发技术

22、特殊蒸发技术o闪蒸蒸镀法闪蒸蒸镀法 o多蒸发源蒸镀法多蒸发源蒸镀法 o反应蒸镀法反应蒸镀法 o三温度蒸镀法三温度蒸镀法 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China蒸发镀膜工艺中应考虑的问题o膜厚的均匀性问题o点源、小平面源、蒸距等对薄膜的影响o基片架的运动方式o工艺参数的选择问题o蒸发温度、蒸发速率、基片温度、蒸距、蒸发压力等o减小膜基界面上的应力提高膜的附着强度（附着力）的问题热应力、淀积内应力、附加内应力应尽量小o基片镀前处理与成膜时对基片加热（烘烤、离子轰击等）o沉积速率的选择

23、与控制o镀前对基片打底膜Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.3.真空溅射镀膜真空溅射镀膜Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.1 3.1 溅射镀膜溅射镀膜o溅射：所谓“溅射”，就是用荷能粒子（通常用气体正离子）轰击物体，引起物体表面原子从母体中逸出的现象。o溅射镀膜：在真空条件下，利用低压等离子体气体放电中的溅射现象制备薄膜，即真空溅射镀膜。Vacuum

24、and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China离子轰击固体表面时发生的物理过程离子轰击固体表面时发生的物理过程Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China与溅射率有关的因素o溅射率与靶材有关o溅射率与入射正离子的能量有关o溅射率与入射离子的种类有关o溅射率与离子入射角有关o溅射率与靶材温度有关Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Nor

25、theastern University,China溅射率与离子能量的关系溅射率与离子能量的关系Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China银、铜钽金属的溅射率与能量为银、铜钽金属的溅射率与能量为45keV的轰击离子的函数关系的轰击离子的函数关系Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China溅射率与离子入射角的典型曲线溅射率与离子入射角的典型曲线Vacuum and Fluid

26、Engineering Research Center of Northeastern University,China几种靶材的溅射率与温度的关系几种靶材的溅射率与温度的关系Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China镍的溅射率与总压力的关系曲镍的溅射率与总压力的关系曲线线Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China溅射镀膜特点o膜厚可控性和重复性好。由于溅射镀膜时的放电电流

27、和靶电流可分别控制，通过控制靶电流则可控制膜厚o溅射膜与基体之间的附着性好。高能粒子沉积在基体上进行能量转换，增强了溅射原子与基体的附着力。部分高能粒子产生注入现象，形成伪扩散层。等离子区清洗和激活，净化且活化基体表面o制膜范围广。任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物 o溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.2 3.2 直流溅射镀膜直流溅射镀膜o3.2.1直流二极溅射装置o3.2.2直流偏压溅射装置o3.2.3三极或四

28、极溅射装置依据直流辉光放电原理制备薄膜的方法称为直流溅射镀膜，其装置称为直流溅射装置。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China直流二极溅射装置原理图 1.真空室2.加热器3.阴极靶4.基体（阳极）5.Ar入口6.负高压电源7.加热电源8.真空系统3.2.1 3.2.1 直流二极溅射装置直流二极溅射装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China直流偏压溅射示意图直流偏压溅射

29、示意图 1.溅射室2.阴极3.基体4.阳极5.排气系统6.氩气入口3.2.2 3.2.2 直流偏压溅射装置直流偏压溅射装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1-机械泵2-阀3-可调漏泄阀4-低真空计5-高真空计6-阴极7-稳定性电极8-电磁线圈9-溅射室10-蒸镀基体灯丝11-靶12-阳极13-闸阀14-液氨阱15-放气阀16-液氮阱17-扩散泵18-水冷密封板19-钛升华泵20-加热器1-热阴极2-稳定性电极3-基体4-阳极5-靶6-线圈7-靶电源四极溅射装置四极溅射装置（

30、a）四极溅射装置结构示意图）四极溅射装置结构示意图 （b）四极溅射装置的电气部分）四极溅射装置的电气部分3.2.3 3.2.3 三极或四极溅射装置三极或四极溅射装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.3 3.3 直流磁控溅射镀膜直流磁控溅射镀膜 直流磁控溅射镀膜是在直流溅射装置中增加了磁场，利用磁场的洛仑兹力束缚阴极靶表面电子的运动，导致轰击靶材的高能离子的增多和轰击基片的高能电子的减少，“低温”、“高速”沉积高质量薄膜。Vacuum and Fluid Engineeri

31、ng Research Center of Northeastern University,China磁控溅射原理图磁控溅射原理图Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China直流磁控溅射镀膜特点o低温：低温：电子被正交电磁场约束减少了向基片的磁接，降低了基片同电子轰击所产生的热量，使基片温度降，故磁控溅射又称为高速低温溅射。o高速：高速：电子在正交电磁场下增大了运动路程，使电子与工作气体分子磁控几率大大增加从而提高了溅射率，即提高沉积速率。Vacuum and Fluid Engine

32、ering Research Center of Northeastern University,China3.3.2 磁控溅射靶磁控溅射靶o磁控溅射靶的分类有：同轴圆柱形靶、圆形平面靶、S-枪靶、矩形平面靶、旋转式圆柱形靶及特殊结构靶等。各自结构如下图所示。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China各种磁控溅射靶的结构各种磁控溅射靶的结构Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,C

33、hina磁控溅射靶电流磁控溅射靶电流-电压特性电压特性o磁控溅射放电均为低压等离子体放电，其电流-电压特性基本一致：随着放电电流的增加，放电电压均需增高；随着气压的增高，放电电压下降；磁场影响放电特性。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China沉积速率沉积速率沉积速率是表征成膜速度的参数，一般以单位时间沉积的平均膜厚来表征。影响沉积速率的因素：o气体压力o靶-基距o靶电流o最大功率密度o靶材料种类Vacuum and Fluid Engineering Research Center

34、 of Northeastern University,China功率效率功率效率影响功率效率的因素o离子能量o气压o磁场强度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China各种参数下的功率效率各种参数下的功率效率Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao间歇式磁控溅射镀膜机o半连续式磁控溅射镀膜机o连续式磁控溅射镀膜机3.3.3磁控溅射镀膜机磁控溅射镀膜机磁控溅射镀膜机主要由

35、镀膜室、抽气系统、电控系统、以及辅助设备等组成。其中镀膜室由磁控溅射靶、基片架、烘烤装置、充气系统以及测试监控系统等组成。由于溅射靶及工艺连续性的不同，可分为：Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.底法兰 2.基片架 3.矩形平面靶 4.矩形挡板 5.烘烤装置 6.钟罩 7.同轴圆柱靶 8.圆形平面靶 9.圆形挡板 10.充气系统 11.S枪靶 12.支柱 13.主动转轴 14.密封圈间歇式多靶磁控间歇式多靶磁控溅射镀膜机溅射镀膜机间歇式磁控溅射镀膜机间歇式磁控溅射镀膜机Va

36、cuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.进料室 2.基片盒 3.闸阀 4.加热器 5.预热室 6.台板 7.镀膜室 8.溅射靶 9.冷却室 10.成品片 11.取料室 12.抽气系统半连续式磁控溅射镀膜机半连续式磁控溅射镀膜机Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China连续式磁控溅射镀膜机连续式磁控溅射镀膜机典型的连续式平面磁控溅射镀膜玻璃生产线Vacuum and Flu

37、id Engineering Research Center of Northeastern University,China连续式磁控溅射镀膜机镀膜室连续式磁控溅射镀膜机镀膜室1.密封圈 2.溅射室上盖 3.密封圈 4.平面磁控溅射阴极5.绝缘件 6.电极导入板（阳极）7.8.9.隔离挡板10.溅射镀膜室壳体 11.真空阀门 12.隔离挡板 13.输送辊道Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.4 3.4 射频溅射镀膜射频溅射镀膜射频溅射镀膜原理图射频溅射镀膜原理图1.基片架

38、 2.等离子体 3.射频溅射靶 4.溅射室 5.匹配网络 6.电源 7.射频发生器Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.4.1 射频溅射镀膜工作原理射频溅射镀膜工作原理 射频频率通常为13.56MHz。当绝缘基板背面的导体处于负电位时，等离子体中正离子向基板加速飞行，轰击绝缘基板使其溅射。这种溅射只能维持10-7秒的时间,此后在绝缘基板上积累的正电荷形成的正电位抵消了导体基板上的负电位，因此停止高能正离子对绝缘基板的轰击。此时，如果倒转电源极性，电子就会轰击绝缘基板，并在10

39、-9秒时间内中和绝缘基板上的正电荷，使其电位复零。这时，再倒转极性，又能产生10-7秒时间的溅射。如此反复，即为射频溅射镀膜工作原理。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.4.2 射频溅射镀膜装置射频溅射镀膜装置o射频二极溅射装置o射频磁控溅射装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China射频二极溅射装置射频二极溅射装置射频二极溅射装置射频二极溅射装置1-氧气瓶 2

40、-减压阀 3-压力计 4-可调漏泄阀 5-档扳 6-溅射原子 7-暗区 8-氩离子 9-真空室 10-阴极靶 11-射频电机 12-匹配箱 13-功率表 14-靶电源 15-真空计 16-等离子 17-主阀 18-液氮阱 19-盖斯勒管20-机械泵 21-扩散泵 22-予抽阀 23-基体架 24-基体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China聚束磁场强弱造成放电区域变化示意图聚束磁场强弱造成放电区域变化示意图（a）发散型（b）均匀型（c）聚束型1.射频电源 2.射频靶 3.溅射室 4

41、.磁场线圈 5.等离子体 6.基体Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China射频磁控溅射装置射频磁控溅射装置 溅射靶为磁控溅射靶的射频溅射装置称为射频磁控溅射装置，兼有射频溅射和磁控溅射两种溅射装置的优点。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China射频溅射靶的结构射频溅射靶的结构（a）常规射频溅射（b）射频磁控溅射1.进水管 2.出水管 3.绝缘子 4.接地屏蔽罩 5.射频

42、电极6.磁环 7.磁芯 8.靶材 9.基体 10.基体架Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.5 3.5 反应溅射镀膜反应溅射镀膜 在溅射镀膜时，有目的地将某种反应性气体引入到溅射室并达到一定的分压，可以改变或控制沉积特性，从而获得不同于靶材的新物质薄膜，如各种金属氧化物、氮化物、碳化物以及绝缘介质等薄膜。这种伴随有化学反应的溅射镀膜方法称为反应溅射镀膜。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern

43、University,China3.5.1 反应溅射的机理及特性反应溅射的机理及特性o膜层性质与反应性气体和惰性气体的比例有关溅射过程中电阻率及电阻温度系数与氮分压的关系曲线Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.5.2 反应溅射镀膜装置反应溅射镀膜装置o间歇式反应溅射装置o半连续式反应溅射装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China间歇式反应溅射装置间歇式反应溅射

44、装置溅射室结构溅射室结构1.室体 2.磁控溅射靶 3.基片架Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China半连续式反应溅射装置半连续式反应溅射装置ITO连续性溅射设备连续性溅射设备1.基片装卸台 2.升降机 3、5、7、12、14.闸阀 4.进片室 6.加热室 8.低温泵 9.溅射室 10.溅射靶 11.加热器 13.出片室 15.传输系统Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chi

45、na3.6 各磁控溅射靶的磁场各磁控溅射靶的磁场3.6.1 3.6.1 矩形平面磁控溅射靶的磁场矩形平面磁控溅射靶的磁场Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.6.2 圆形平面磁控溅射靶的磁场圆形平面磁控溅射靶的磁场圆形平面磁控溅射靶的磁路系统圆形平面磁控溅射靶的磁路系统1.中心磁柱 2.磁环 3.轭铁磁环的磁场磁环的磁场Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.

46、6.3 同轴圆柱形磁控溅射靶的磁场同轴圆柱形磁控溅射靶的磁场Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.6.4 3.6.4 旋转式圆柱形磁控溅射靶的磁场旋转式圆柱形磁控溅射靶的磁场中部横截面的磁场中部横截面的磁场端部永磁体结构及磁场端部永磁体结构及磁场Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.6.5 S-枪溅射靶的磁场枪溅射靶的磁场Vacuum and Fluid E

47、ngineering Research Center of Northeastern University,China4.4.真空离子镀膜和真空离子镀膜和离子束沉积技术离子束沉积技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China4.1 4.1 真空离子镀膜真空离子镀膜 真空离子镀膜技术（简称离子镀）是在真空蒸发和真空溅射两种镀膜技术基础上发展起来的。离子镀膜过程中，基片始终受到高能离子的轰击，与蒸发镀和溅射镀相比具有一系列的优点。Vacuum and Fluid Engineering

48、Research Center of Northeastern University,China离子镀的类型o蒸发源型离子镀：通过各种加热方式加热镀膜材料，使之蒸发产生金属蒸气，将其引入以各种方式激励产生的气体放电空间中使之电离成金属离子，它们到达施加负偏压的基片上沉积成膜。o溅射离子镀：通过采用高能离子对膜材表面进行溅射而产生金属粒子，金属粒子在气体放电空间电离成金属离子，它们到达施加负偏压的基片上沉积成膜。离子镀膜层的沉积离子来源于各种类型的蒸发源或溅射源，从离子来源的角度可分成蒸发源型离子镀和溅射离子镀两大类：Vacuum and Fluid Engineering Research C

49、enter of Northeastern University,China4.1.14.1.1离子镀原理和成膜条件离子镀原理和成膜条件离子镀膜原理图离子镀膜原理图1-绝缘引线2-基片架3-高压引线4-阴极暗区5-钟罩6-辉光放电区7-蒸发源8-底座Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China离子镀原理真空室抽至103104Pa，随后通入工作气体（Ar），使其真空度达到1101Pa，接通高压电源，在蒸发源（阳极）和基片（阴极）之间建立起一个低压气体放电的低温等离子区。在负辉区附近产生的

50、工作气体离子进入阴极暗区被电场加速并轰击基片表面，可有效地清除基片表面的气体和污物。随后，使膜材汽化，蒸发的粒子进入等离子区，并与等离子区中的正离子和被激发的工作气体原子以及电子发生碰撞，其中一部分蒸发粒子被电离成正离子，大部分原子达不到离化的能量，处于激发状态。被电离的膜材离子和工作气体离子一起受到负高压电场加速，以较高的能量轰击基片和镀层的表面，并沉积成膜。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China离子镀的成膜条件 一般认为入射离子都具有反溅、剥离能力。在离子镀中，要想沉积成膜，