濺鍍,通常指的是磁控濺鍍,屬于高速低溫濺鍍法。該工藝使用磁控濺射鍍膜系統要求真空度在1×10-3Torr左右,即1.3×10-3Pa的真空狀態充入惰性氣體氬氣(Ar),并在塑膠基材(陽極)和金屬靶材(陰極)之間加上高壓直流電,由于輝光放電(glow discharge)產生的電子激發惰性氣體,產生等離子體,等離子體將金屬靶材的原子轟出,沉積在塑膠基材上。
原理
以幾(ji)十電子(zi)(zi)伏特或更高動能(neng)的荷電粒(li)子(zi)(zi)轟擊材料表面,使其(qi)濺射(she)出進入氣相,可用來刻蝕和鍍膜(mo)。入射(she)一(yi)個離子(zi)(zi)所(suo)濺射(she)出的原(yuan)子(zi)(zi)個數稱為濺射(she)產(chan)額(Yield)產(chan)額越高濺射(she)速(su)度越快,以Cu,Au,Ag等(deng)*高,Ti,Mo,Ta,W等(deng)*低。一(yi)般在0.1-10原(yuan)子(zi)(zi)/離子(zi)(zi)。
離(li)子可以直流輝光(guang)放電(dian)(glow discharge)產生(sheng),在10-1—10 Pa真空度,在兩(liang)極間加(jia)高(gao)壓產生(sheng)放電(dian),正離(li)子會轟擊負(fu)電(dian)之靶材而濺射也靶材,而鍍至被鍍物(wu)上。
正常輝光放電(dian)(glow discharge)的電(dian)流密度(du)與(yu)陰極(ji)物質與(yu)形狀、氣體種類(lei)壓(ya)力(li)等有關(guan)。濺鍍時應(ying)盡可能維(wei)持其穩定。
任何材料皆可濺射鍍膜,即使高熔點材料也容易濺鍍,但對非導體靶材須以射頻(RF)或脈沖(pulse)濺射;且因導電性較差,濺鍍功率及速度較低。金屬濺鍍功率可達10W/cm2,非金屬<5W/cm2。
二極濺鍍射:
靶材(cai)為陰極(ji),被(bei)鍍(du)(du)工(gong)件及(ji)工(gong)件架為陽極(ji),氣(qi)(qi)體(氬氣(qi)(qi)Ar)壓力約幾Pa或更(geng)高(gao)(gao)方可得(de)較(jiao)高(gao)(gao)鍍(du)(du)率。
磁控濺射:
在陰極靶表面形成一(yi)正交電磁場,在此(ci)區電子密(mi)度(du)(du)高(gao),進(jin)而提高(gao)離子密(mi)度(du)(du),使得濺鍍(du)率(lv)提高(gao)(一(yi)個數量(liang)級),濺射(she)速度(du)(du)可達0.1—1 um/min膜層附著力較蒸鍍(du)佳,是目前*實用的鍍(du)膜技術之一(yi)。
其它有偏壓濺射、反應濺射、離子束濺射等鍍膜技術
濺(jian)(jian)鍍(du)機設(she)備與工藝(磁(ci)控濺(jian)(jian)鍍(du))
濺鍍機由真空室,排氣系(xi)統,濺射(she)源和(he)控制系(xi)統組成。濺射(she)源又(you)分為電源和(he)濺射(she)槍(sputter gun)
磁控濺射槍分為(wei)平面型(xing)和(he)圓柱(zhu)型(xing),其(qi)中平面型(xing)分為(wei)矩型(xing)和(he)圓型(xing),靶材料(liao)利用率30- 40%,圓柱(zhu)型(xing)靶材料(liao)利用率>50%
濺(jian)射電源分為(wei):直流(DC)、射頻(RF)、脈沖(chong)(pulse),
直流(liu):800-1000V(Max)導體用,須(xu)可災弧。
射頻:13.56MHZ,非導體用。
脈沖:泛用,*新發展出
濺(jian)(jian)鍍(du)時須控(kong)制參數有(you)濺(jian)(jian)射電流(liu),電壓(ya)或功率,以(yi)及濺(jian)(jian)鍍(du)壓(ya)力(li)(5×10-1—1.0Pa),若各參數皆穩定,膜(mo)厚可以(yi)鍍(du)膜(mo)時間估計出來。
靶材的選擇與處理十分重要,純度要佳(jia),質地均勻(yun),沒有氣泡、缺陷,表面(mian)應平(ping)整光潔。
對于直接冷卻靶(ba)(ba),須注意(yi)其在(zai)濺射后靶(ba)(ba)材變(bian)薄(bo),有(you)可(ke)能(neng)破裂特別是(shi)非金屬靶(ba)(ba)。一(yi)般靶(ba)(ba)材*薄(bo)處不可(ke)小(xiao)于原靶(ba)(ba)厚(hou)之一(yi)半(ban)或5mm。
磁(ci)控濺鍍(du)操作(zuo)方式和一般(ban)蒸鍍(du)相似,先將真空抽至1×10-2Pa,再通(tong)入氬氣(Ar)離子轟擊(ji)靶材,在5×10-1—1.0Pa的壓(ya)(ya)力下(xia)進行濺鍍(du)其間須注意(yi)電流、電壓(ya)(ya)及壓(ya)(ya)力。開始時濺鍍(du)若有打火,可緩慢調升電壓(ya)(ya),待穩定放電后再關shutter.
在(zai)這個(ge)(ge)過程中,離子化的(de)(de)惰(duo)性(xing)氣體(Ar)清洗和(he)暴露(lu)該塑膠(jiao)基材表面上數個(ge)(ge)毛細微空(kong)(kong),并(bing)通過該電子與自(zi)塑膠(jiao)基材表面被清潔(jie)而產生一自(zi)由基,并(bing)維持(chi)真空(kong)(kong)狀態下 施以濺鍍形成(cheng)表面締結(jie)構(gou),使(shi)表面締結(jie)構(gou)與自(zi)由基產生填(tian)補和(he)高附(fu)著性(xing)的(de)(de)化學性(xing)和(he)物理性(xing)的(de)(de)結(jie)合狀態,以在(zai)表面外穩固地形成(cheng)薄膜.
其中,薄膜是(shi)先通過(guo)把表面締造物(wu)大致(zhi)地填滿該塑(su)膠毛(mao)細微(wei)孔后并作鏈接(jie)而形(xing)(xing)成。濺鍍(du)與常用的(de)蒸(zheng)(zheng)發鍍(du)相比,濺鍍(du)具(ju)有電鍍(du)層(ceng)與基材(cai)(cai)(cai)的(de)結(jie)合(he)力(li)強-附著(zhu)力(li)比蒸(zheng)(zheng)發鍍(du)高過(guo)10倍以(yi)上(shang),電鍍(du)層(ceng)致(zhi)密(mi),均勻等優(you)點。真空(kong)蒸(zheng)(zheng)鍍(du)需要(yao)使金屬(shu)或金屬(shu)氧(yang)化物(wu)蒸(zheng)(zheng)發汽化,而加熱(re)的(de)溫度不能太高,否(fou)則,金屬(shu)氣體沉積在(zai)塑(su)膠基材(cai)(cai)(cai)放熱(re)而燒壞塑(su)膠基材(cai)(cai)(cai)。濺射粒子(zi)幾不受(shou)重力(li)影響(xiang),靶材(cai)(cai)(cai)與基板位置可(ke)(ke)自由安排,薄膜形(xing)(xing)成初期成核密(mi)度高,可(ke)(ke)生(sheng)產10nm以(yi)下(xia)的(de)極薄連續(xu)膜,靶材(cai)(cai)(cai)的(de)壽(shou)命長(chang),可(ke)(ke)長(chang)時(shi)間(jian)自動化連續(xu)生(sheng)產。靶材(cai)(cai)(cai)可(ke)(ke)制作成各種形(xing)(xing)狀(zhuang),配合(he)機臺(tai)的(de)特殊設計(ji)做更(geng)好的(de)控(kong)制及(ji)*有效率的(de)生(sheng)產。
濺(jian)鍍(du)(du)(du)利用高壓電場做發生(sheng)等離子鍍(du)(du)(du)膜物(wu)質,使用幾乎所有高熔(rong)點金屬(shu),合金和金屬(shu)氧化物(wu),如:鉻,鉬,鎢,鈦,銀,金等。而且,它是一個強(qiang)制沉(chen)積的過程,采用這(zhe)種工(gong)(gong)藝獲得的電鍍(du)(du)(du)層(ceng)與塑(su)膠基材附著力遠遠高于真(zhen)空(kong)蒸鍍(du)(du)(du)法(fa)。但,加(jia)工(gong)(gong)成本相(xiang)對較高。