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| 2016磁控濺射靶材的研究進展 |
| 發布時間：2017-05-15 瀏覽： 次 |
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濺射鍍膜是用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術。 1852 年 Grove 在實驗室發現了陰極濺射現象， 被公認為是真空濺射鍍膜的開始。 從目前來看，磁控濺射技術的發展前景十分可觀，靶材溫升慢、沉積速率高兩大顯著特點被廣泛應用于各種材料薄膜的制備， 有關磁控濺射各個過程的物理機制研究也顯得越來越重要。 靶材作為真空鍍膜中的主要消耗部件， 其特性直接關系到薄膜質量以及鍍膜的成本，故如何改進靶材性能，提高靶材的利用率成為真空鍍膜生產中亟需解決的難題 。本文在介紹磁控濺射原理的基礎上，從結構設計與優化的最新研究進展分析， 同時提出未來磁控濺射技術的發展方向. 磁控濺射鍍膜原理如圖：  其中基體與靶材平行相對，靶材接負電位，故基體相對于靶材處于正電位。在正負兩極中引入磁場，電子受電場和磁場的共同影響，在洛倫茲力 F=e(v×B)的作用下成擺線運動，進而增加了電子和惰性氣體碰撞的概率， 導致氬原子的離化率大大提高，入射靶面的 Ar + 密度逐漸增加，提高了濺射速率。 被濺射出來的中性原子由于不受電場和磁場的限制，飛向基板并在基板上形成薄膜。磁控濺射被應用到很多工業領域， 尤其在大面積平板玻璃中的應用更為廣泛。 普通的磁控濺射靶在濺射過程中只有一條很窄的刻蝕環，且傳統的磁控濺射系統的磁場結構固定，靶面磁場分布不均勻，濺射速率以及薄膜沉積速率的提高空間受到限制，不一致的磁場會導致靶材的異常刻蝕及薄膜厚度分布不均，所以靶材利用率比較低。所以磁場設計的關鍵在于優化磁場分布和工藝條件(工作電壓、濺射時間、靶材溫度等) 、擴展靶材濺射區域(電磁場正交區域加寬) 、加強靶材的冷卻效率等，從而提高靶材的利用率和濺射速率。 在工業鍍膜過程中， 磁控濺射靶材利用率的高低直接影響鍍膜成本以及薄膜特性 ，針對靶材利用率低的問題，一些常用的改進平面靶結構的方法，如采用旋轉磁場 增加濺射面積，或增加導磁墊片或附加永磁體來均勻磁場分布，又如 “分流設計”，以及新型磁控濺射器等。 通過改變磁鐵的相對位置或增加磁極的數量等來獲得靶面理想的磁場分布， 如采用兩塊極性相對的環狀磁鐵 ，有學者提出的“具有全靶剝蝕的矩形磁控靶”結構，裸靶結構等 ，還有學者提出移動式磁場靶結構，可以擴展放電區內的電子跑道，使靶材刻蝕面積增加， 尤其對復合型靶材的薄膜均勻性有很大的改善。 總的來說， 平面磁控濺射靶的改良方案一般歸納為兩種方法：一種是工業中常常采取的方法，即從結構上改善靶面水平磁場的分布， 實用價值比較高;第二種是在研究領域中常常采取的方式，即通過一些動態的方法來改善靶面的水平磁場分布， 如設置增加交流電磁線圈來控制磁場隨時間變化， 或采用機械裝置使靶和永磁體成相對運動狀態， 或旋轉靶材的制備等，這種方法效果明顯，但同時也增加了制造成本， 在工業中的實用價值有限。 目前，這些技術逐漸被國內的靶材生產廠家運用。 磁控濺射技術由于其顯著的優點成為工業鍍膜的主導力量， 目前磁控濺射技術與計算機技術的結合已成為研究趨勢， 采用計算機模擬不僅降低了研究成本，也可以直觀地觀察鍍膜的相關物理過程，對實際生產具有重要的指導意義。 在未來的研究領域中，磁控濺射技術與表面工程技術、機械工程等技術的結合成為必然趨勢， 如何從結構改良和表面處理著手來提高靶材表面材料特性， 增加換熱效果， 提高靶材利用率以及有效提高生產線換靶效率成為未來研究的方向。 |
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