磁控溅射铁磁性靶材的主要方法
由于磁控溅射铁磁性靶材的难点是靶材表面的磁场达不到正常磁控溅射时要求的磁场强度，因此解决的思路是增加铁磁性靶材表面剩磁的强度，以达到正常溅射工作对靶材表面磁场大小的要求。实现的途径主要有以下几种：
a、靶材设计与改进
b、增强磁控溅射阴极的磁场
c、降低靶材的导磁率
d、设计新的磁控溅射系统
e、设计新的溅射阴极装置
f、靶材与溅射阴极装置的综合设计
(1) 靶材的设计改进
将铁磁性靶材的厚度减薄是解决磁控溅射铁磁材料靶材的最常见方法。如果铁磁性靶材足够薄，则其不能完全屏蔽磁场，一部分磁通将靶材饱和，其余的磁通将从靶材表面通过，达到磁控溅射的要求。这种方法的最大缺点是靶材的使用寿命过短，同时靶材的利用率很低。而且薄片靶材的另一个缺点是溅射工作时，靶材的热变形严重，往往造成溅射很不均匀。
一种对铁磁性靶材进行的改进设计是在靶材表面刻槽，槽的位置在溅射环两侧(见图1) 。这种设计的靶材适用于具有一般导磁率的铁磁性靶材，例如镍。但对具有高导磁率的靶材料效果较差。虽然靶材的这种改进增加了靶材的成本，但这种措施无需对溅射阴极进行改动，能在一定程度上满足溅射铁磁性材料的需求。
图1 经过刻槽改进的靶材
图2给出了一种间隙型刻槽改进靶材。该靶所用的阴极是平面磁控溅射型的。靶磁场由置于靶的铜背板下方的水冷却的永磁体产生。在两个磁极之间的中心位置处和不带靶材的阴极表面上，其磁场强度为0.145 T。靶材可以为铁、镍等导磁材料，将靶材粘在铜背板上
圆柱形平面式磁控溅射靶的特点与设计原理 作者：admin 来源：本站发表时间：2010-2-2 9:49:13 点击：2557 磁控溅射膜常见故障的排除 膜层灰暗及发黑 (1)真空度低于0.67Pa。应将真空度提高到0.13-0.4Pa。 (2)氩气纯度低于99．9％。应换用纯度为99．99％的氩气。 (3)充气系统漏气。应检查充气系统，排除漏气现象。 (4)底漆未充分固化。应适当延长底漆的固化时间。 (5)镀件放气量太大。应进行干燥和封孔处理 膜层表面光泽暗淡 (1)底漆固化不良或变质。应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。 (2)溅射时间太长。应适当缩短。 (3)溅射成膜速度太快。应适当降低溅射电流或电压 膜层色泽不均 (1)底漆喷涂得不均匀。应改进底漆的施涂方法。 (2)膜层太薄。应适当提高溅射速度或延长溅射时间。 (3)夹具设计不合理。应改进夹具设计。 (4)镀件的几何形状太复杂。应适当提高镀件的旋转速度 膜层发皱、龟裂 (1)底漆喷涂得太厚。应控制在7—lOtan厚度范围内。 (2)涂料的粘度太高。应适当降低。 (3)蒸发速度太快。应适当减慢。 (4)膜层太厚。应适当缩短溅射时间。 (5)镀件温度太高。应适当缩短对镀件的加温时间 膜层表面有水迹、指纹及灰粒 (1)镀件清洗后未充分干燥。应加强镀前处理。 (2)镀件表面溅上水珠或唾液。应加强文明生产，操作者应带口罩。 (3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。应严禁用手接触镀件表面。 (4)涂料中有颗粒物。应过滤涂料或更换涂料。 (5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。应更换除尘器，并保持工作环境的清洁膜层附着力不良 (1)镀件除油脱脂不彻底。应加强镀前处理。 (2)真空室内不清洁。应清洗真空室。值得注意的是，在装靶和拆靶的过程中，严禁用手或不干净的物体与磁控源接触，以保证磁控源具有较高的清洁度，这是提高膜层结合力的重要措施之一。 (3)夹具不清洁。应清洗夹具。 (4)底涂料选用不当。应更换涂料。
磁控溅射中靶中毒是怎么回事，一般的影响因素是什么？ A:第一：靶面金属化合物的形成。 由金属靶面通过反应溅射工艺形成化合物的过程中，化合物是在哪里形成的呢？由于活性反应气体粒子与靶面原子相碰撞产生化学反应生成化合物原子，通常是放热反应，反应生成热必须有传导出去的途径，否则，该化学反应无法继续进行。在真空条件下气体之间不可能进行热传导，所以，化学反应必须在一个固体表面进行。反应溅射生成物在靶表面、基片表面、和其他结构表面进行。在基片表面生成化合物是我们的目的，在其他结构表面生成化合物是资源的浪费，在靶表面生成化合物一开始是提供化合物原子的源泉，到后来成为不断提供更多化合物原子的障碍。 第二：靶中毒的影响因素 影响靶中毒的因素主要是反应气体和溅射气体的比例，反应气体过量就会导致靶中毒。反应溅射工艺进行过程中靶表面溅射沟道区域内出现被反应生成物覆盖或反应生成物被剥离而重新暴露金属表面此消彼长的过程。如果化合物的生成速率大于化合物被剥离的速率，化合物覆盖面积增加。在一定功率的情况下，参与化合物生成的反应气体量增加，化合物生成率增加。如果反应气体量增加过度，化合物覆盖面积增加，如果不能及时调整反应气体流量，化合物覆盖面积增加的速率得不到抑制，溅射沟道将进一步被化合物覆盖，当溅射靶被化合物全部覆盖的时候，靶完全中毒。 第三：靶中毒现象 (1)正离子堆积：靶中毒时，靶面形成一层绝缘膜，正离子到达阴极靶面时由于绝缘层的阻挡，不能直接进入阴极靶面，而是堆积在靶面上，容易产生冷场致弧光放电---打弧，使阴极溅射无法进行下去。（2）阳极消失：靶中毒时，接地的真空室壁上也沉积了绝缘膜，到达阳极的电子无法进入阳极，形成阳极消失现象。 第四：靶中毒的物理解释 （1）一般情况下，金属化合物的二次电子发射系数比金属的高，靶中毒后，靶材表面都是金属化合物，在受到离子轰击之后，释放的二次电子数量增加，提高了空间的导通能力，降低了等离子体阻抗，导致溅射电压降低。从而降低了溅射速率。一般情况下磁控溅射的溅射电压在400V-600V之间，当发生靶中毒时，溅射电压会显著降低。（2）金属靶材与化合物靶材本来溅射速率就不一样，一般情况下金属的溅射系数要比化合物的溅射系数高，所以靶中毒后溅射速率低。（3）反应溅射气体的溅射效率本来就比惰性气体的溅射效率低，所以反应气体比例增加后，综合溅射速率降低。 第五：靶中毒的解决办法 （1）采用中频电源或射频电源。（2）采用闭环控制反应气体的通入量。（3）采用孪生靶
磁控溅射靶靶型分类 发布时间：2010-11-11 磁控溅射靶靶型分类 靶型开发的历程大致如下：首先开发的是轴状靶→圆盘形平面靶→S-枪→矩形平面靶→各种异形靶→对靶或孪生靶→靶面旋转的圆柱靶→靶-弧复合靶→……，目前应用最广泛的是矩形平面靶，未来最受关注的是旋转圆柱靶和靶-弧复合靶。 同轴圆柱形磁控溅射 在溅射装置中该靶接500-600V的负电位，基片接地、悬浮或偏压，一般构成以溅射靶为阴极、基片为阳极的对数电场和以靶中永磁体提供的曲线形磁场。 圆柱形磁控溅射靶的结构 1—水咀座；2—螺母；3—垫片；4—密封圈；5—法兰；6—密封圈； 7—绝缘套；8—螺母；9—密封圈；10—屏蔽罩；11—密封圈；12—阴极靶； 13—永磁体；14—垫片；15—管；16—支撑；17—螺母；18—密封圈；19—螺 帽 圆柱形磁控溅射靶的磁力线 在每个永磁体单元的对称面上，磁力线平行于靶表面并与电场正交。磁力线与靶表面封闭的空间就是束缚电子运动的等离子区域。在异常辉光放电中，离子不断地轰击靶表面并使之溅射，而电子如下图那样绕靶表面作圆周运动。 在圆柱形阴极与同轴阳极之间发生冷阴极放电时的电子迁移简图 平面磁控溅射 圆形平面磁控溅射 圆形平面靶采用螺钉或钎焊方式紧紧固定在由永磁体（包括环形磁铁和中心磁柱）、水冷套和靶外壳等组成的阴极体上。如下图所以结构： 圆形平面磁控溅射靶的结构 1—冷却水管；2—轭铁；3—真空室；4—环形磁铁；5—水管；6—磁柱； 7—靶子；8—螺钉；9—压环；10—密封圈；11—靶外壳；12—屏蔽罩； 13—螺钉；14—绝缘垫；15—绝缘套；16—螺钉 通常，溅射靶接500-600V负电压；真空室接地；基片放置在溅射靶的对面，其电位接地、悬浮或偏压。因此，构成基本上是均匀的静电场。永磁体或电磁线圈在靶材表面建立如下图的曲线形静磁场： 圆形平面磁控靶的磁力线 1—阴极；2—极靴；3—永久磁铁；4—磁力线 该磁场是以圆形平面磁控靶轴线为对称轴的环状场。从而实现了电磁场的正交和对等离子体区域的封闭的磁控溅射所必备的条件。由磁场形状决定了异常辉光放电等离子区的形状，故而决定了靶材刻蚀区是一个与磁场形状相对称的圆环，其形状如下图： 圆形平面靶刻蚀形状 冷却水的作用是控制靶温以保证溅射靶处于合适的冷却状态。温度过高将引起靶材熔化，温度过低则导致溅射速率的下降。 屏蔽罩的设置，是为了防止非靶材零件的溅射，提高薄膜纯度。并且该屏蔽罩接地，还能起着吸收低能电子的辅助阳极的作用。其位置，可以通过合理设计屏蔽罩与阴极体之间的间隙来确定，其值应小于二次电子摆线轨迹的转折点距离d t,一般≤3mm。
磁控溅射镀膜简介 溅射薄膜靶材按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜相物理功能膜两大类。前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料, 后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料靶材等, 具体应用在玻璃涂层(各种建筑玻璃、ITO透明导电玻璃、家电玻璃、高反射后视镜及亚克力镀膜), 工艺品装饰镀膜, 高速钢刀具镀膜, 切削刀具镀膜, 太阳能反光材料镀膜, 光电、半导体、光磁储存媒体、被动组件、平面显示器、微机电、光学组件、及各类机械耐磨、润滑、生物医学, 各种新型功能镀膜(如硬质膜、金属膜、半导体膜、介质膜、碳膜、铁磁膜和磁性薄膜等) 采用Cr，Cr-CrN等合金靶材或镶嵌靶材，在N2,CH4等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr,CrC,CrN等镀层。纯Cr的显微硬度为425～840HV，CrN为1000～350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆、速率慢，而且会产生环境污染问题。 用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高3～10倍。 TiN，TiC，Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多介质中具有良好的耐蚀性，可以作为基体材料保护膜。溅射镀膜法和液体急冷法都能制取非晶态合金，其成分几乎相同，腐蚀特性和电化学特性也没有什么差别，只是溅射法得到的非晶态膜阳极电流和氧化速率略大。
在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂。常用的固体润滑剂有软金属(Au,Ag,Pb,Sn等)，层状物质(MoS2，WS2，石墨，CaF2，云母等)，高分子材料(尼龙、聚四氟乙烯等)等。其中溅射法制取MoS2膜及聚四氟乙烯膜十分有效。虽然MoS2膜可用化学反应镀膜法制作，但是溅射镀膜法得到的MoS2膜致密性好，附着性优良。MoS2溅射膜的摩擦系数很低，在0.02～0.05范围内。MoS2在实际应用时有两个问题:一是对有些基体材料如Ag,Cu,Be等目前还不能涂覆;二是随湿度增加，MoS2膜的附着性变差。在大气中使用要添加Sb2O3等防氧化剂，以便在MoS2表面形成一种保护膜。 溅射法可以制取聚四氟乙烯膜。试验表明，这种高分子材料薄膜的润滑特性不受环境湿度的影响，可长期在大气环境中使用，是一种很有发展前途的固体润滑剂。其使用温度上限为5OoC，低于-260oC时才失去润滑性。 MoS2、聚四氟乙烯等溅射膜，在长时间放置后性能变化不大，这对长时间备用、突然使用又要求可靠的设备如防震、报警、防火、保险装置等是较为理想的固体润滑剂。 内容来源：宝钢代理商https://www.doczj.com/doc/93195825.html, 欢迎多多交流！！！
磁控溅射靶材的根瘤的形成 磁控溅射是由于各种各样的行业，如薄膜太阳能电池，半导体，光学，装饰涂料，耐磨和防腐蚀保护应用的高度重视的技术。据观察，在过去，在某些情况下，当溅射金属或陶瓷材料，结节表面形成溅射赛马场附近地区（自动转存面积），有时甚至在赛马场区域目标（图1）。他们通常拥有一个到岗，圆锥或金字塔形状。结节往往沉积运行收益增长。最终，他们可以覆盖超过30％的目标的表面区域。形成结节会带来不同的效果，如溅射速率，溅射原子的角分布的变化，增强电弧放电过程中漂移和不稳定，这反过来缺陷的结果，并导致质量差溅射薄膜。涂层系统已被关闭经常清洗目标表面结节和碎片。这会导致非预期的停机时间和降低生产速度。目标表面上形成结节，因此极不可取的。尽管这是一个严重的工业问题，一般有什么结果结节的增长，这是很重要的工艺参数的理解缺乏，以及如何解决这个问题。因此，这篇文章的目的是阐明根瘤的形成机制，对靶材的关键工艺参数和提供解决方案以及一些轻。 图1。A）扫描电镜图像显示结节形态。从Lippens等。[4] B）ITO靶材的黑色结节（图像- Gencoa有限公司提供）; C）在Si 靶材结节（图像- Faradox储能公司提供）。
根瘤的生长机制 观察视锥细胞的离子轰击阴极的历史可以追溯到早在1942年[1]。从那时起，这种现象一直受到学术界和工业界的科学家和工程师的兴趣。韦纳锥的形成[2]进行了广泛的研究工作。基于实验证据韦纳的结论，在溅射从另一个源提供的某些杂质原子或原子的极少量可以给离子轰击surfaces.The比种子诱导锥增长所需的主要原子可以上升到种子锥形成低至1 500人，分别为钼- 铜的情况下证明。有趣的是，它也表明，种子原子材料具有较低的溅射率，但必须表现出了较高的熔点。存款锥也可以出现更大的通量是一个较低的熔点金属热的熔点较高的金属，它是离子轰击下存放。在低离子轰击能量（<1keV，即典型的磁控溅射应用）高温（??的熔点）为种子锥现象发生的重要。当溅射金属靶材，氧或氮原子的痕迹阻碍表面原子的运动，因此种子锥形成。离子轰击溅射阈值附近的直单晶晶须，这受到更高的能量轰击时，往往转换成锥增长的结果。韦纳强调，种子锥晶须生长，吸附原子表面运动和溅射效果之间的相互作用的结果。 溅射靶材料已最常报告的有结节增长的问题是铟锡合金和铟锡氧化物（ITO）[3-9]。这主要是由于的ITO透明导电氧化物（TCO）镀膜玻璃市场的主导地位。目前在工业生产的ITO的最高优先事项是实现高溅射速率和过程的稳定性，这两者都是由结节增长的问题而受到损害。 其他目标材料，这种硅和Ti - W [10]，也被报道患有结节增长。
磁控溅射镀膜原理及工艺 摘要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。这里主要讲一下由溅射镀 膜技术发展来的磁控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。 关键词：溅射；溅射变量；工作气压；沉积率。 绪论 溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如右图。 通常将欲沉积的材料制成板材-靶，固定在阴 极上。基片置于正对靶面的阳极上，距靶一定距离。 系统抽至高真空后充入（10～1）帕的气体（通常 为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间 即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下 飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出 的靶原子称为溅射原子，其能量在1至几十电子伏 范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。其中磁控 溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的成就之一。 它以溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好、装 置性能稳定、操作控制方便等优点，成为镀膜工业 应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透明导电膜玻璃、 柔性基材卷绕镀等对大面积的均匀性有特别苛刻 要求的连续镀膜场合)的首选方案。 1磁控溅射原理 溅射属于PDV（物理气相沉积）三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）中的一种。 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar正离子来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰