9.2.2溅射法 利用固体表面溅出来的物质沉积成膜的过程，称度镀膜。悲溅附法镀膜是利用气本 放电产生的正离子，在电场作用下加速成为高能粒子，撞击膜材料（称为靶）的表面，进 行能量和动量交换后，膜材料的原子或分子脱离膜材料表面并沉积在基片上形成薄膜。烖 射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础 上。不同的斐射枝术采用不同的辉光放电方式，如直流戏射建立在直流辉光放电的基础上， 射频溅射利用射频辉光放电，磁控溅射则是利用环状磁场控制下的辉光放电 贱射糖膜是以高能粒子与膜材料之间的动量交换为主，溅出来的粒子的平均能量在 10V左右或更高，而蒸发镀膜以能量交换为主，是热的作用使膜材料以原子或分子形态 进入气相，粒子的平均能量一般只有0.2V。粒子能量高有利于提高膜层与基片的附着强 度，而且沉积的粒子在基片表面的迁移率也大，有利于形成致密的薄膜。溅射镀膜还有其 他优点：①对于任何待镀材料，只要能作成靶材，就可实现溅射：②溅射所获得的薄膜纯 度高：③溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的调 膜。缺点是，相对于真空蒸发，溅射镀膜的沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作 用而产生温升 溅射法可以镀制金属膜，如Ti、Cu、Al、Cr、Sn、In、Ag、Au、Bi等，合金膜，以 及卤化物、碲化物、氮化物、碳化物、硼化物、硒化物的薄膜等：可镀制多层膜，如基片 /金属/氧化物（或氨化物）膜、基片金属/金属/氧化物膜、基片氧化物/金属/氧化物（或氨 化物)膜等。目前，溅射法已大量应用，生产工艺稳定，容易控制，膜厚均匀性可达1%， 有替代蒸发法的趋势。 9.2.2.1直流溅射法 在充有惰性气体（如氩或氙）的真空室中（压力1~10Pa),施加高压电场（直流1~5kV) 阴极靶（膜材料）上的负高压使惰性气体电离，在阴极靶和阳极（成膜基片及其支架）之 间产生辉光放电，形成一个等离子区，带正电的惰性气体离子流受电场加速而轰击阴极靶 使靶材产生减少，溅射出来的原子或分子沉积在基片表面。二次电子飞向阳极的行程中， 与气体分子碰撞并使之电离，使辉光放电过程得以维持，从而实现溅射薄膜。二极直流溅 射系统是最简单的直流溅射系统（见图97），在此基础上发展起来的三级和四极溅射系统， 镀膜效明显提高。 9.2.2.2磁控溅射法 磁控溅射法是在直流溅射法的基础上发展起米的，其原理如图9-8所示。此法在阴极 和阳极之间增设了永久磁铁，在阴极靶上方形成一个正交电磁场，称为磁增强阴极。在此 情形下，等离子体被约束在磁力线影响的区域内，使电离增加，在阴极附近形成高密度的 等离子体，从而有更多的正离子轰击膜材料，提高了溅射速度，如一般阴极溅射率 0.7 mg/s-kW,而平面磁控溅射*可达7 mg/s.Kw。磁控溅射法避免了直流溅射法沉积速低 基片温度升高等缺点，并具有可控性、重复性好等优点。缺点是靶材利用率不高。 磁控溅射法按溅射源的类型可分为平面磁控溅射、圆柱面磁控溅射和$枪磁控溅射等 玻璃工业采用平面磁控溅射法制备镀膜玻璃，玻璃的尺寸最大可达60O0mmx3180mm。 9.2.2.3 射频溅射法 由于直流溅射是以靶材为阴极，因此只能溅射导电材料。对绝缘材料可采用射频溅射 法。由于绝缘体靶表面上的离子和电子交互撞击，使靶体表面不会蓄积正电荷，因而可以 11
维持辉光放电。射频溅射装置如图9-9所示。相当于直流溅射中的电源部分改由射频发生 器、匹配网络和电源代替，利用射频辉光放电产生溅射所需的正离子。射频所用电源的频 源在1~30MHz之间，通常使用的是13.56MHz 直方 地质罩 电子、 6外w 力线 Q 离 基片一 基片絮 图11-8磁控溅射原理 图11-7直流二级溅射原理图 射频溅射的特点有：①射频溅射除了可以沉积导体外，还可以沉积半导体、绝缘体靶 材：②海膜和衬底之间有效强的附着力；③谢频溅射制备的薄膜结构致密、针孔少、纯度 高：④可以方便地熔制薄隙的成分，工艺重复性校好：⑤射频悲射的工作气体压力带用宽 般在几百到10Pa之间。缺点是射颊溅射设备复杂，需要高压装置，由于受到荷能离了 的轰击，衬底温度及薄膜的结构会受到影响。 9.2.3离子镀法 离子镀（离子途辩）法是旅发法 档板 一阳极 一機射室 与溅射法相结合的方法，其原理如图 非射气体 排气 9-10所示。在充氩气的真空镀膜室 中，膜层材树科放在水令的铜坩锅中作 为蒸发源，用电子枪（或电阻、高频） 匹配回路 加热，使模层材料蒸发。其片转在度 RF电源(I3.56NHz 膜室上部的阴极上，而蒸发源装在镀 一匹配箱 膜室下部的阳极上。镀膜开始前，将 镀膜室上、下部先抽真空，达到 图9-9射频溅射装置示意图 1.33×103Pa时，上部通入氩气，真空度降到1.33Pa,下部仍抽真空，使其真空度保持在1.33× (1010Pa)。在蒸发膜层材料之前，先在阴极通负电压，使电离的氩离子轰击基片表面 进行溅射清洗，然后再镀膜。镀膜时给阴极加负高压（一1~一5kV),产生辉光放电，氩气 电离，蒸发的膜材料原子进入等离子场时，受到A的撞击而电离为离子，此离子在电场 中被加速。根据所加电压的不同，离子加速的能量在1~1000V之间，然后沉积在安装在 阴极上基片上形成薄膜。 离子镀可用于镀金属、氧化物、氟化物、硫化物、氯化物、硼化物及其混合物膜，如 金、银、铜、二氧化硅、二氧化钛、氟化镁、氟化铝、硫化锌、氮化钛薄膜等。此法既可 镀单层膜，也可镀多层镀膜系。离子膜与基片的附者力强，膜层不易脱落：膜层的密度高， 通常与大块膜层材料密度相同：绕镀性能好，基片背面也能镀上，对复杂形状的制品，膜 厚相对均匀：膜效率高，沉积速度快，可达到1~50μm/mi:离子轰击可清洁基片表面， 有利于膜层附着：镀膜过程中对环境的污染较小。 12