射頻磁控濺射是一種濺射鍍膜法,它對陰極濺射中電子使基片溫度上升過快的缺點加以改良,在被濺射的靶極(陽極)與陰極之間加一個正交磁場和電場,電場和磁場方向相互垂直。當鍍膜室真空抽到設定值時,充入適量的氬氣,在陰極(柱狀靶或平面靶)和陽極(鍍膜室壁)之間施加幾百伏電壓,便在鍍膜室內產生磁控型異常輝光放電,氬氣被電離。在正交的電磁場的作用下,電子以擺線的方式沿著靶表面前進,電子的運動被限制在一定空間內,增加了同工作氣體分子的碰撞幾率,提高了電子的電離效率。電子經過多次碰撞后,喪失了能量成為 “最終電子”進入弱電場區,最后到達陽極時已經是低能電子,不再會使基片過熱。同時高密度等離子體被束縛在靶面附近,又不與基片接觸,將靶材表面原子濺射出來沉積在工件表面上形成薄膜。而基片又可免受等離子體的轟擊,因而基片溫度又可降低。更換不同材質的靶和控制不同的濺射時間,便可以獲得不同材質和不同厚度的薄膜。
射頻濺射的質量受到預抽真空度、濺射時的氬氣壓強、濺射功率、濺射時間、襯底溫度等因素的影響,要想得到理想的濺射膜,必須優化這些影響因素。納米薄膜的獲得主要通過兩種途徑:(1)在非晶薄膜晶的過程中控制納米結構的形成;(2)在薄膜的成核生長過程中控制納米結構的形成,其中薄膜沉積條件的控制極為重要。在濺射過程中,采用高的濺射氣壓、低的濺射易于得到納米結構的薄膜。
以單離子束濺射為例,它由離子源、離子引出極和沉積室3大部分組成,在高真空或超高真空中濺射鍍膜法。利用直流電場使惰性氣體(通常為氬)發生電離,產生輝光放電等離子體,電離產生的正離子和電子高速轟擊靶材,使靶材上的原子或分子濺射出來,然后沉積到基板上形成薄膜。在其離子源內由惰性氣體產生的離子具有較高能量(通常為幾百至幾千eV),可以通過一套電氣系統來控制離子束的性能,從而改變離子轟擊靶材料產生不同的濺射效應,使靶材料沉積到基片上形成納米材料。濺射法中的靶材無相變,化合物的成分不易發生變化;又由于濺射沉積到基片上的粒子能量比蒸發沉積高出幾十倍,所形成的納米材料附著力高。
離子束濺射沉積法除可以控制離子束的能量、密度和入射角度來調整納米薄膜的微觀形成過程,濺射過程中的基片溫度較低外還有以下優點:①可制備多種納米金屬,包括高熔點和低熔點金屬,而常規的熱蒸發只能適用于低熔點金屬;② 能制備多組元的化合物納米微粒,如Al52Ti48,Cu91Mn9及ZrO2等;③通過加大被濺射的陰極表面可提高納米微粒的獲得量。
Lawrence Livemore國家實驗室的Bwbee等人利用真空濺射技術制成了層狀交替金屬復合材料。該技術是經氬離子將金屬表面的原子激發出來,并沉積成層狀。只要控制離子束交替沖擊不同金屬表面,就可以制成由幾百、幾千層不同金屬組成的復合材料,每一層只有0.2nm厚。
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