磁控濺射鍍膜設(shè)備的工作原理要從一開始的"濺射現(xiàn)象"說起,人們由起初發(fā)覺"濺射現(xiàn)象"發(fā)展至"濺射鍍膜"此間歷經(jīng)了相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間,濺射現(xiàn)象早在19世紀(jì)50年代的法拉第氣體放電實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了.不過當(dāng)時(shí)還只將此現(xiàn)象作為一種避免范疇的研究,認(rèn)為這種現(xiàn)象是有害的。
直到20世紀(jì),才有人證明了沉積金屬是陰極被正離子轟擊才濺射出來的物質(zhì).20世紀(jì)60年代時(shí)濺射制取的鉭膜出現(xiàn).到了1965年出現(xiàn)同軸圓柱磁控濺射裝置和三級(jí)濺射裝置,20世紀(jì)70年代,平面磁控濺射鍍膜設(shè)備被研發(fā)出來,實(shí)現(xiàn)了高速低溫濺射鍍膜,使濺射鍍膜一日千里,進(jìn)展飛快。
磁控濺射鍍膜設(shè)備的磁控濺射靶是采用靜止電磁場(chǎng),而磁場(chǎng)是曲線型的,對(duì)數(shù)電場(chǎng)用于同軸圓柱形靶;均勻電場(chǎng)用于平面靶;S-槍靶則位于兩者間.各部分的原理是一樣的.
電子受電場(chǎng)影響而加速飛向基材,在此過程中跟氬原子觸發(fā)碰撞.如果電子本身足夠30eV的能量的話,則電離出Ar?同時(shí)產(chǎn)生電子.電子依舊飛向基材,而Ar?受電場(chǎng)影響會(huì)移動(dòng)到陰極(也就是濺射靶),同時(shí)用一種高能量轟擊靶的表面,也就是讓靶材發(fā)生濺射.
在這些濺射粒子中,中性的靶分子或原子會(huì)沉積在基片上而成膜;而二次電子在加速飛向基材時(shí),在磁場(chǎng)的洛侖茲力影響之下,呈現(xiàn)螺旋線狀與擺線的復(fù)合形式在靶表面作一系列圓周運(yùn)動(dòng).該電子不但運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng),還是被電磁場(chǎng)理論束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域范圍內(nèi).于此區(qū)內(nèi)電離出大量的Ar?對(duì)靶材進(jìn)行轟擊,所以說磁控濺射鍍膜設(shè)備的沉積速率高.
伴隨碰撞頻次的增多,電子能量會(huì)逐漸變?nèi)?電子也慢慢遠(yuǎn)離靶面.低能電子會(huì)沿著磁力線來回振蕩,直至電子能量快耗盡的時(shí)候,受電場(chǎng)影響而終會(huì)沉積于基材上.
因?yàn)樵撾娮拥哪芰枯^弱,所以傳給基材的能量較低,基材的溫升作用不大.位于磁極軸線處的電場(chǎng)跟磁場(chǎng)相互間平行,第二類電子將直接飛向基片.但是,在磁控濺射鍍膜設(shè)備中,磁極軸線處離子電流密度低,所以對(duì)于第二類包括電子數(shù)據(jù)很少,讓基片溫升效果較差.
磁控濺射鍍膜設(shè)備的基本原理是通過磁場(chǎng)使電子運(yùn)動(dòng)的方向改變,通過對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)路徑的延長(zhǎng)及區(qū)域范圍束縛,來增加電子的電離概率,更好地使電子的能量利用更有效,這便是磁控濺射技術(shù)的"高速"和"低溫"的特性機(jī)理.設(shè)備始于1974年時(shí)J. chapin的研發(fā)成果,當(dāng)時(shí)磁控濺射鍍膜設(shè)備一經(jīng)研發(fā),其相較于別的鍍膜工藝顯得優(yōu)越性較為突出,設(shè)備適用范圍極廣,可在任何基材上鍍上任何物料的膜層。
