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溅镀的原理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-19  浏览次数:1069
核心提示:主要利用辉光放电(glow discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面, 靶材的原子被弹出而堆积在基板(substrate)表面形成薄膜。
 

溅镀的原理:

主要利用辉光放电(glow discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面, 靶材的原子被弹出而堆积在基板(substrate)表面形成薄膜。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜来的好,但是镀膜速度却比蒸镀慢很多。新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化,造成靶与氩气离子间的撞击机率增加, 提高溅镀速率。一般金属镀膜大都采用直流溅镀,而不导电的陶磁材料则使用RF交流溅镀,基本的原理是在真空中利用辉光放电(glow discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面,电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面,这个冲击将使靶材的物质飞出而沉积在基板上形成薄膜。

一般来说,利用溅镀制程进行薄膜披覆有几项特点:

(1)金属、合金或绝缘物均可做成薄膜材料。(2)在适当的设定条件下可将多元复杂的靶材制作出同一组成的薄膜。(3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体,可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。(4)靶材输入电流及溅射时间可以控制,容易得到高精度的膜厚。(5)较其它制程利于生产大面积的均一薄膜。

(6)溅射粒子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排。(7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。(8)薄膜形成初期成核密度高,可生产10nm以下的极薄连续膜。(9)靶材的寿命长,可长时间自动化连续生产。(10)靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

1、直流溅镀(DC Sputtering)原理:(适合导体材料的溅镀)

在真空溅镀舱中打入Ar,电极加数KV的直流电,因而产生辉光放电。辉光放电将产生Ar电浆,电浆中因阴极电位降而加速(阴极带负电荷),冲撞target表面,使target表面粒子溅射,溅射粒子沉积于substrate上,形成薄膜。

溅镀于基板(substrate)的量正比于溅镀装置消耗电力,反比于气体压力及target到substrate的距离。

2、交流溅镀(RF Sputtering)原理:(适合所有固体材料之溅镀)

如果 target为绝缘体,则由于target表面带正电位(target接负电(阴极)),因而造成靶材表面与阳极的电位差消失,不会持续放电,无法产生辉光放电效应,所以若将直流供电改为RF电源,则绝缘体的target亦可维持辉光放电。接RF电源后,电浆中电子移动度将大于离子移动度,target表面累积过剩电子,target表面直流偏压为负电位,如此即可溅镀。

为使电力充分导入放电,在高周波电源及电极间插入阻抗匹配电路。阻抗匹配电路与target电极间串联电容器,绝缘体target也会激起负电位偏压。此负电位约在高周波溅镀施加电压的峰值(实效值的倍)。

Target在水冷时同时施加RF高电压,所以水冷配管要使用teflon等绝缘物,并用电阻高的冷却水,放电阻抗一般为1~10,以将匹配电路整合成电源的50。

在越短的时间内表面负电位增加越多的话,越容易溅镀,所以在RF供电频率容许范围内,增加RF频旅可增加成膜率。

三、溅镀注意事项:

3.1 溅镀时若欲增加成膜率,以提高cycle time,通常以加大溅镀电压或降低Ar流量(减少Ar压力)行之,但Ar流量若过低将产生无法形成辉光放电的危险,故最好还是以调整溅镀功率及电压为准。

3.2 当靶材变薄后,由于靶与透明片距离增加,所以成膜率将减少,请适时调整成膜率。

3.3 当仅溅镀一种材质的靶材时,请尽量降低透明片的温度以使溅镀粒子打到透明片上不致得到过多能量,因而破坏键结,又反弹回去(适用于CD、DVD)。但在镀多层膜时,镀第二层以上时即需提高温度以使溅镀面温度与尽量与溅镀粒子温度接近,增加界面间的平整性(适用于CD-RW、DVD-RAM)。

3.4 Ar流量过高会造成溅镀面粗糙或是孔洞增加,故请千万要适量。

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