1、1,磁控濺射鍍膜,磁控濺射鍍膜,2,磁控濺射鍍膜技術的應用,1,2,3,4,Contents,磁控濺射鍍膜的發(fā)展,磁控濺射鍍膜的原理,膜的檢測手段,磁控濺射鍍膜,3,磁控濺射鍍膜的發(fā)展,陰極濺射技術的發(fā)現(xiàn)與進展 1842年格洛夫（Grove）在研究電子管陰極腐蝕問題時，發(fā)現(xiàn)陰極材料遷移到真空管壁上來了，進而發(fā)現(xiàn)了陰極濺射現(xiàn)象。 直到1877年才真正應用于研究的濺射設備上。迄后70年中，由于實驗條件的限制，對濺射機理的認同長期處于模糊不清狀態(tài)，在1950年之前有關濺射薄膜特性的技術資料，多數(shù)是不可信的。 到了19世紀中期，陰極濺射技術發(fā)展也相當緩慢，只是在化學活性極強的材料、貴金屬材料、介質(zhì)材料

2、和難熔金屬材料的薄膜制備工藝中，采用濺射技術。,磁控濺射鍍膜,4,磁控濺射鍍膜的發(fā)展,磁控濺射技術出現(xiàn)與進展 通過把磁場應用到設備中，在1970年出現(xiàn)了磁控濺射技術隨后商品化的磁控濺射設備供應于世，大大地擴展了濺射技術應用的領域。 最近15年來，磁控濺射技術得到了飛速發(fā)展，并出現(xiàn)了一系列新的濺射技術，如:平衡磁控濺射技術、非平衡磁控濺、多靶非平衡磁控濺、反應磁控濺、中頻磁控濺、脈沖磁控濺射。 隨著工業(yè)薄膜制備的需求和表面技術的發(fā)展，新型磁控濺射技術如高速濺射、自濺射和高功率脈沖磁控濺射等成為目前磁控濺射領域新的發(fā)展趨勢。,磁控濺射鍍膜,5,磁控濺射鍍膜原理,定義： 在二極濺射中增加一個平行于靶

3、表面的封閉磁場，借助于靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域來增強電離效率，增加離子密度和能量，從而實現(xiàn)高速率濺射的過程，是物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）的一種。,磁控濺射鍍膜,6,磁控濺射鍍膜原理,磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射 粒子中，中性的靶原子或分子 沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn) 生的二次電子會受到電場和磁 場作用，產(chǎn)生E（電場）B （磁場）所指的方

4、向漂移，簡 稱EB漂移，其運動軌跡近似一條擺線。,磁控濺射鍍膜,7,磁控濺射鍍膜原理,若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的 Ar 來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了 沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的 增加，二次電子的能量消耗殆 盡，逐漸遠離靶表面，并在電 場E的作用下最終沉積在基片上。 由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。,磁控濺射鍍膜,8,膜的檢測手段,硬度和彈性模量的檢測 膜層與基底粘附性檢測 膜成分的檢測 膜層結(jié)構的檢測 退火后膜層性能的檢測,磁控濺射鍍膜,9,膜的檢測手段

5、,硬度和彈性模量的檢測 納米壓痕(nanoindentation)又稱深度敏感壓痕(depth sensing indentation)技術是近幾年發(fā)展起來的一種新技術。它可以在不用分離薄膜與基底材料的情況下直接得到薄膜材料的許多力學性質(zhì)。例如:彈性模量、硬度、屈服強度、加工硬化指數(shù)等等。在微電子科學、表面噴涂、磁記錄以及薄膜等相關的材料科學領域得到越來越廣泛的應用。,磁控濺射鍍膜,10,膜的檢測手段,膜層與基底粘附性檢測 納米劃痕硬度計主要通過測量壓頭在法向和切向上的載荷和位移的連續(xù)變化過程,研究材料的摩擦性能、塑性性能和斷裂性能。在劃痕實驗中,薄膜的損傷是由垂直作用于薄膜表面并造成彈性一塑

6、性形變的壓力、壓頭沿薄膜表面運動時切線方向的摩擦力和薄膜內(nèi)殘余應力共同作用造成的。在較低的載荷下,薄膜開始出現(xiàn)變形但仍完全保持與基底的附著,隨著載荷增加,薄膜以碎片、斷片等形式從基底脫落時,即薄膜開始與基底分離時對應的載荷定義為臨界載荷Lc,它主要表征薄膜與基底的附著性能。,磁控濺射鍍膜,11,膜的檢測手段,膜成分的檢測 x射線衍射法（X-ray diffraction簡稱XRD)可以進行晶體結(jié)構分析、物相分析 x射線光電子譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy簡稱XPS)不僅能測定表面的組成元素，而且能確定各元素的化學狀態(tài) 俄歇電子能譜(AES)分析，可以有關固

7、體表面和界面的元素種類，相對含量及化學狀態(tài)。有很高的微區(qū)分能力，或者說有很高的橫向和沉積方向分辨能力,磁控濺射鍍膜,12,膜的檢測手段,膜層結(jié)構的檢測 膜層結(jié)構的檢測主要是用近平行的入射X 射線, 以掠入射的方式射入和中子掠入射鏡反射方法測定薄膜厚度和界面結(jié)構 掠入射X-ray反射(GIXRR) 當X射線照到試樣上,如果試樣內(nèi)部存在納米尺寸的密度不均勻區(qū)(1-100nm),則會在入射X射線束周圍2-5的小角度范圍內(nèi)出現(xiàn)散射X射線.稱為掠入射X-ray反射。,磁控濺射鍍膜,13,膜的檢測手段,當對薄膜樣品進行XRR測量時,由于空氣與薄膜、薄膜與襯底的X射線反射率不同,就會產(chǎn)生XRR衍射峰。通過計

8、算相鄰峰位之間的距離就可推算薄膜的厚度,通過峰的強度和面積就可以計算其界面粗糙度。如果在垂直于膜面方向上多層膜存在較好的周期性結(jié)構(超晶格),在小角范圍內(nèi)還會出現(xiàn)布拉格衍射峰。,磁控濺射鍍膜,14,膜的檢測手段,中子掠入射鏡反射 中子沒有電荷，穿透本領強，許多固體材料對中子是透明的可有效的研究材料的深層界面結(jié)構，同時可以獲取分層介質(zhì)各層的厚度、密度和界面粗糙度。 中子反射是作用在原子核上，在檢測輕元素（C、H、O、N）、同位素和原子質(zhì)量相近的元素（Fe-Co）上相比于X-Ray有較大的優(yōu)勢。,磁控濺射鍍膜,15,磁控濺射鍍膜技術應用,磁控濺射膜涂層能改善材料的表面性能，減少工件的摩擦和磨損，有

9、效提高表面硬度、韌性、耐磨性和高溫穩(wěn)定性，大幅度提高涂層產(chǎn)品的使用壽命，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)力，減少環(huán)境污染。 磁控濺射在PVD行業(yè)是應用及研究最廣泛的，在裝飾、工模具鍍膜、太陽能、幕墻玻璃、顯示屏等許多行業(yè)都有廣泛的應 用。,磁控濺射鍍膜,16,磁控濺射鍍膜技術應用,金屬基材裝飾膜顏色 金屬基材裝飾膜的種類及色調(diào)很多，下表列舉了部分金屬基材裝飾膜的種類及顏色。,磁控濺射鍍膜,17,磁控濺射鍍膜技術應用,在工模具上鍍膜 在工模具鍍膜除了可以提高硬度、降低摩擦系數(shù)、具有很好的耐磨性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點外，還可以增加模具脫模性、減少成型面損傷、維護高鏡面模具、維護特殊加工面、模仁配件可完成無油光滑。,磁控濺射鍍膜,18,磁控濺射鍍膜技術應用,太陽能玻璃管上鍍膜 采用磁控濺射技術在玻璃管上鍍制AlNAl膜。太陽能集熱真空管鍍膜主要是應用其生產(chǎn)線具有自動化程度好、性能先進、優(yōu)質(zhì)品率高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點。,磁