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科普pvd真空镀膜之PVD溅射工艺

2022-12-30 14:45:16

PVD(Physical Vapor Deposition)技术是制备薄膜材料的主要技术之一。在真空条件下,某些物质通过物理方法蒸发成气态原子、分子或部分电离成离子。通过低压气体(或等离子体)工艺在基材表面沉积具有抗反射、反射、保护性导电性、磁性导电性、绝缘、防腐、抗氧化、防辐射装饰等特殊功能的薄膜材料技术。用于制备薄膜材料的材料称为PVD涂层材料。经过多年的发展,PVD涂层技术已广泛应用于电子、光学、机械、建筑、材料等领域,溅射镀膜和真空蒸发镀膜就是主流的两种PVD镀膜方式。

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溅射镀膜工艺概念

所谓溅射镀膜,是指在真空室中,利用带电粒子(如正离子)轰击靶,使靶表面的原子或原子团逸出,逃逸的原子在工件表面形成与靶成分相同的膜,这种制备薄膜的方法称为溅射涂层。目前,溅射法主要用于形成金属或合金膜,特别是用于在玻璃表面上制作电子元件的电极和红外反射膜。此外,溅射还用于制备功能膜,例如用于液晶显示设备的In2O3–SnO2透明导电陶瓷膜。

溅射镀膜有两种方式:一种叫做离子束溅射,是指在真空中用离子束轰击靶表面,使飞溅的颗粒在衬底表面形成薄膜。这一过程成本高昂,主要用于制作特殊电影;另一种称为阴极溅射,主要利用低压气体放电现象,使处于等离子体状态的离子撞击目标表面,飞溅的粒子沉积在衬底上。采用平行板电极结构。由薄膜材料制成的大面积靶是阴极,支撑衬底的衬底是阳极,安装在钟形罩真空容器中。为了减少污染,首先将钟形罩中的压力泵至低于10-3~10-4Pa,然后用Ar填充,以将压力保持在l~10Pa。在两个电极之间加上几千伏的电压用于溅射涂层。

与蒸发镀膜相比,靶材(薄膜材料)在溅射镀膜过程中没有相变,化合物成分稳定,合金不易分馏,因此适合制备的薄膜材料非常广泛。由于通过溅射沉积在衬底上的颗粒的能量比蒸发过程中的作用能量高50倍,因此它们具有清洁和加热衬底的功能,因此形成的膜具有很大的附着力。特别地,溅射涂层易于控制膜的组成。通过直接溅射或反应溅射,可以制备大面积均匀的合金膜、复合膜、多层膜和复合膜。溅射涂层易于实现连续、自动操作和大规模生产。然而,由于在溅射期间使用高压和气体,该器件相对复杂,膜容易受到溅射气氛的影响,并且膜沉积速率低。此外,溅射镀膜需要预先准备各种成分的靶材,不方便装卸靶材,靶材利用率不高。

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