圓柱形平面式磁控濺射靶材的特點與設計原理

更新時間:2015-12-16 14:44:42    來源:互聯網

磁控濺射膜常見故障的排除
    膜層灰暗及發黑
  (1)真空度低于0.67Pa。應將真空度提高到0.13-0.4Pa。
  (2)氬氣純度低于99.9%。應換用純度為99.99%的氬氣。
  (3)充氣系統漏氣。應檢查充氣系統,排除漏氣現象。
  (4)底漆未充分固化。應適當延長底漆的固化時間。
  (5)鍍件放氣量太大。應進行干燥和封孔處理
膜層表面光澤暗淡
  (1)底漆固化不良或變質。應適當延長底漆的固化時間或更換底漆。
  (2)濺射時間太長。應適當縮短。
  (3)濺射成膜速度太快。應適當降低濺射電流或電壓
 
膜層色澤不均
  (1)底漆噴涂得不均勻。應改進底漆的施涂方法。
  (2)膜層太薄。應適當提高濺射速度或延長濺射時間。
  (3)夾具設計不合理。應改進夾具設計。
  (4)鍍件的幾何形狀太復雜。應適當提高鍍件的旋轉速度
膜層發皺、龜裂
(1)底漆噴涂得太厚。應控制在7—lOtan厚度范圍內。
  (2)涂料的粘度太高。應適當降低。
  (3)蒸發速度太快。應適當減慢。
  (4)膜層太厚。應適當縮短濺射時間。
  (5)鍍件溫度太高。應適當縮短對鍍件的加溫時間
膜層表面有水跡、指紋及灰粒
(1)鍍件清洗后未充分干燥。應加強鍍前處理。
  (2)鍍件表面濺上水珠或唾液。應加強文明生產,操作者應帶口罩。
  (3)涂底漆后手接觸過鍍件,表面留下指紋。應嚴禁用手接觸鍍件表面。
  (4)涂料中有顆粒物。應過濾涂料或更換涂料。
  (5)靜電除塵失效或噴涂和固化環境中有顆粒灰塵。應更換除塵器,并保持工作環境的清潔
膜層附著力不良
  (1)鍍件除油脫脂不徹底。應加強鍍前處理。
  (2)真空室內不清潔。應清洗真空室。值得注意的是,在裝靶和拆靶的過程中,嚴禁用手或不干凈的物體與磁控源接觸,以保證磁控源具有較高的清潔度,這是提高膜層結合力的重要措施之一。
  (3)夾具不清潔。應清洗夾具。
  (4)底涂料選用不當。應更換涂料。
  (5)濺射工藝條件控制不當。應改進濺射工藝條件
 
圓柱形平面式磁控濺射靶的特點與設計原理
 
摘要:介紹了一種根據矩形平面靶的結構原理設計圓柱形、平面式磁控濺射靶的方法.并對如何發揮圓柱形、平面式磁控濺射靶的優點進行了分析.
 
關鍵詞:磁控濺射;靶;真空鍍膜
 
1 磁控濺射技術
 
  磁控濺射技術是70年代發展起來的一種新型濺射技術,目前已在科研和生產中實際應用.磁控濺射鍍膜主要用于電子工業、磁性材料及記錄介質、光學及光導通訊等,具有高速、低溫、低損傷等優點.高速是指沉積速率快;低溫和低損傷是指基片的溫升低,損傷小.
 
2 磁控濺射鍍膜原理與磁控濺射靶
 
2.1 磁控濺射鍍膜原理
  磁控濺射鍍膜原理是將磁控濺射靶放在真空室內,在陽極(真空室)和陰極靶(被沉積的材料)之間加上足夠的直流電壓,形成一定強度的靜電場E.然后再在真空室內充入氬氣,在靜電場E的作用下,氬氣電離并產生高能的氬離子A+r和二次電子e1.高能的A+r在電場E的作用下加速飛向濺射靶,并以高能量轟擊靶表面,使靶材表面發生濺射.在濺射粒子中,中性的靶原子(或分子)沉積在基片上形成薄膜(.  
 
 
1 磁控濺射鍍膜原理
 
  由于磁場B的作用,一方面在陰極靶的周圍,形成一個高密度的輝光等離子區,在該區域電離出大量的A+r來轟擊靶的表面,濺射出大量的金屬粒子向工件表面沉積;另一方面,二次電子e1在加速飛向靶表面的同時,受到磁場B的洛倫茲力作用,以擺線和螺旋線的復合形式在靶表面作圓周運動.隨著碰撞次數的增加,電子e1的能量逐漸降低,傳給基片的能量很小,故基片的溫升較低.當濺射量達到一定程度后,靶表面的材料也就被消耗掉,形成拓寬的腐蝕環形凹狀區.
2.2 磁控濺射靶在鍍膜過程中的重要作用
  磁控濺射靶是真空磁控濺射鍍膜的核心部件,它的重要作用主要表現在以下兩個方面(1)對于大面積表面的鍍膜,磁控濺射靶影響著膜層的均勻性與重復性;(2)當膜層材料為貴重金屬時,靶的結構決定著靶材(形成薄膜的材料),即該貴重金屬的利用率.
 
3 常用的磁控濺射靶及其優缺點
 
3.1 矩形平面靶
  矩形平面靶的結構,磁場方向與靶面陰極平行,形成環形磁場,該磁場與電場E正交.當真空室內充入氬氣后,便被電離放電,放電產生的A+r離子轟擊陰極(靶)的表面.二次電子e1受磁場B的洛侖茲力作用,沿垂直于磁力線方向運動.這些電子運動路徑長,增加了氣體分子磁撞的機會,使氣體的電離幾率增加,進而增大了濺射速率.  
 
 
矩形平面靶的特點是結構簡單,通用性強,膜層均勻性與重復性好.但缺點是靶材的利用率低,一般約為20%[2]左右.當輝光區,即磁力線分布區域的靶材消耗到一定程度時,將形成條形凹坑,靶材體變薄,凹坑深度達到一定程度時,靶材就不能繼續使用.
 
3.2 同軸圓柱形磁控濺射靶
 
  同軸圓柱形磁控濺射靶,磁力線平行于靶表面,并與電場E正交.磁力線與靶表面封閉的空間就是約束電子運動的等離子區域.該區域為一環形空間,由圖可以看出,同軸圓柱形磁控濺射靶有多個環形空間.
 
  同軸圓柱形磁控測射靶的優點是結構緊湊,靶材利用率較平面矩形靶高.但缺點是在濺射時,整個靶表面上為多個輝光環,不能形成連續的條形輝光,故在鍍制大面積的膜層時,膜層表面的均勻性差,很難滿足要求.
 
4 圓柱形、平面式磁控濺射靶的設計思路
 
4.1 原理
  把矩形平面磁控靶的結構原理應用到圓柱形磁控濺射靶中,設計的磁控濺射靶稱為圓柱形、平面式磁控濺射靶.它兼有平面矩形靶和同軸圓柱靶兩者的優點.即鍍膜的均勻性好,和靶材利用率較高.
 
  將兩個矩形平面靶繞X軸卷曲成半圓形,并將其合擾,如圖5所示,即初步完成了平面矩形靶向圓柱形、平面式磁控濺射靶的演變.X軸變成了軸心線,磁力線在圓柱體的表面上形成了4條封閉的空間,即約束二次電子e1運動的等離子區域.
 
4.2 要解決的技術問題
 
  在把矩形平面靶演變成圓柱形、平面式靶的過程中,矩形平面靶中沿X軸方向布置的磁鐵變成了圓柱形、平面式靶中沿軸線方向分布的磁鐵.而平面矩形靶中垂直于X軸的端頭磁鐵A端從理論上講,應變成圓環形磁鐵A環,而且其充磁方向應該是圓環內表面和外表面,即內外表面應分別為S極和N極,如圖6所示.然而,這種充磁方法幾乎是辦不到的.因此,設計圓柱形、平面式磁控濺射靶,解決兩端的磁場問題是成功的關鍵.
 
采用同軸圓柱形磁控濺射靶中磁鐵與極靴的原理,即用軸向充磁的環形磁鐵(兩端面分別為S極和N極),在端面加一導磁材料制做的環形“極靴”,根據磁力線沿表面分布這一特點可知:這時磁力線是沿“極靴”的外圓表面發射的,即“極靴”代替了磁鐵的一個磁極.而“極靴”的外圓表面發射的磁力線,正好與所希望的理想環形磁鐵的磁力線方向相同.由此可知,用同軸圓柱形磁控濺射靶中磁鐵與極靴的原理,可解決圓柱形、平面式磁控濺射靶端部磁場與中間段磁場的連接問題.
 
 
5 圓柱形、平面式磁控濺射靶與矩形靶工作狀況對比
 
  平面矩形靶在靶面上形成一條封閉的環形輝光帶,隨著靶材的消耗,在靶材表面上形成與輝光區對應的環狀腐蝕凹坑.
  圓柱形、平面式磁控濺射靶在靶面上形成兩組(四條)對稱的封閉的環形輝光帶,隨著靶材的消耗,將在靶材表面上形成與輝光區對應的環狀腐蝕凹坑.
 
6 圓柱形、平面式磁控濺射靶的優勢
 
  與其它形式的磁控濺射靶相比,圓柱形、平面式磁控濺射靶在保留了矩形平面靶鍍膜均勻性好的優點的同時,可通過以下兩條途徑最大限度地提高靶材的利用率,(1)當靶材表面的2組(四條)環狀凹坑達到一定深度時,可將靶芯(磁體部分)相對靶管旋轉45°,這樣就可以對靶管上另外沒有腐蝕過的區域進行利用;(2)當圓柱形、平面式磁控濺射靶的靶芯設計成轉靶芯時,(濺射時靶芯在旋轉),可將靶材表面一層一層均勻地濺射掉,而不會產生凹坑,此時,靶材將得到最有效的利用,靶材的利用率可達50%~60%.當靶材為貴重金屬材料時,這無疑是具有重大意義的.
 
7 結論
 
  通過采用同軸圓柱形磁控濺射靶中磁鐵與靴的原理來解決端部磁場問題,可以將矩形平面靶演變成圓柱形、平面式磁控濺射靶.該靶在保留矩形平面靶鍍膜均勻性好的情況下,可最大限度地提高靶材的利用率.從而提高經濟效益.
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