随着工业对高质量功能薄膜的需求不断增长,磁控溅射技术在过去20年迅速发展,逐渐成为沉积工业涂层的首选方法。自1970年代初期传统磁控管的开发以来,这项技术经历了多次重要进步,包括不平衡磁控管和脉冲磁控溅射(PMS)的引入。
磁控溅射原理
传统的磁控溅射过程依赖高能离子轰击靶材,导致原子的排出和沉积薄膜的形成。然而,这种方法的沉积速率较低,且基板加热效应显著,尤其对绝缘材料不利。磁控溅射通过平行于靶材的磁场捕获二次电子,增加了靶材附近的等离子体密度,从而提高沉积速率。
不平衡磁控溅射
不平衡磁控管引入“泄漏”磁场,使部分磁力线延伸至衬底,增强了等离子体的扩展和离子流。研究显示,该技术能将离子通量提升至传统磁控管的十倍,优化了涂层的质量和结构。
闭场不平衡磁控溅射
在闭场配置中,多磁控管系统通过磁力线连接形成高密度等离子体区域,适合复杂组件的均匀涂覆。这种配置尤其适用于多组分材料的沉积,可以通过不同的靶材和反应气体实现高质量涂层。
脉冲磁控溅射(PMS)
PMS技术解决了绝缘材料沉积中常见的问题,如靶材充电和电弧形成。通过在中频范围(10–200 kHz)进行脉冲放电,PMS显著提高了沉积质量,并实现了高沉积速率。与传统方法相比,PMS涂层的化学计量和致密性更高,缺陷密度较小。
结论
磁控溅射技术,特别是不平衡磁控溅射和脉冲磁控溅射,已成为实现高质量薄膜沉积的重要工具,适用于各种工业应用。通过不断优化这些技术,可以满足对薄膜性能日益增长的需求。