什么是磁控溅射？
磁控溅射是一种常用的PVD薄膜制备技术，利用离子轰击和溅射原理，在真空环境中通过施加高频电场和静磁场来实现。在这个过程中，材料被制成靶的形式，安装在真空腔室内。通过施加电场，靶表面形成等离子体，同时静磁场将等离子体中的离子引导到靶表面进行轰击。被轰击的靶表面会释放出原子或分子，这些原子或分子以高速沉积到基板表面上，形成薄膜。
磁控溅射的原理
溅射镀膜就是通过粒子轰击靶材产生溅射，靶材向基片射出原子或离子，沉积在基片上形成膜层的过程。磁控溅射就是在两极辉光放电时附加磁场，电子被电场加速的同时被磁场束缚，呈摆线运动，提高了电子和靶材粒子以及工作气体离子的碰撞频率，工作气体离子化程度提高，工作气压随之降低，而工作气体离子被电场加速，冲击到靶材上并释放能量，以至于靶材射出靶材原子或离子，在基片表面上沉积出膜层。
磁控溅射的分类
按磁场配置分类
平面磁控溅射（Planar Magnetron Sputtering）
- 传统的磁控溅射配置，磁场平行于靶材表面。
- 适用于大面积均匀沉积。
旋转靶磁控溅射（Rotary Magnetron Sputtering）
- 靶材以圆柱形状旋转，以延长靶材的使用寿命。
- 适用于需要大面积和高均匀性薄膜的沉积。
双靶磁控溅射（Dual Magnetron Sputtering）
- 使用两个磁控靶，以减少放电过程中靶材表面电荷积累。
- 提高溅射效率和薄膜均匀性，适用于电绝缘薄膜的制备。
按工艺气体分类
直流磁控溅射（DC Magnetron Sputtering）
- 使用直流电源进行溅射，适用于导电靶材。
- 工艺简单，适用于金属薄膜的沉积。
射频磁控溅射（RF Magnetron Sputtering）
- 使用射频电源进行溅射，适用于导电和非导电靶材。
- 适用于制备氧化物、氮化物等绝缘薄膜。
按沉积环境分类
反应磁控溅射（Reactive Magnetron Sputtering）
- 在氩气中加入反应气体（如氧气、氮气），与靶材发生化学反应，形成化合物薄膜。
- 适用于制备氧化物、氮化物等功能薄膜。
非反应磁控溅射（Non-Reactive Magnetron Sputtering）
- 仅使用惰性气体（如氩气）进行溅射，沉积纯金属或合金薄膜。
- 适用于制备金属薄膜。
按工艺特点分类
脉冲磁控溅射（Pulsed Magnetron Sputtering）
- 使用脉冲电源控制放电，提高溅射稳定性和薄膜质量。
- 适用于减少颗粒污染和提高薄膜致密度。
高功率脉冲磁控溅射（High Power Impulse Magnetron Sputtering, HiPIMS）
- 使用高功率短脉冲，显著提高溅射离子化率和薄膜质量。
- 适用于高密度、低缺陷薄膜的制备。
按应用领域分类
装饰性磁控溅射（Decorative Magnetron Sputtering）
- 用于制备装饰性涂层，如手机外壳、钟表、眼镜框等表面的装饰涂层。
- 主要使用金属或合金靶材，注重涂层的颜色和外观。
功能性磁控溅射（Functional Magnetron Sputtering）
- 用于制备具有特定功能的薄膜，如光学涂层、防护涂层、导电薄膜等。
- 关注薄膜的光学、电学、机械等性能。
磁控溅射的优点
- 可控性强：精确控制薄膜成分、结构和厚度。
- 环保性好：使用惰性气体，产生的废弃物较少。
- 低温工艺：适用于温度敏感的基材，避免高温损伤。
- 高沉积速率：增强等离子体密度，提高靶材溅射效率。
- 低颗粒污染：减少反应过程中生成的颗粒物，提高薄膜纯度。
- 适用多种材料：适用于金属、合金、化合物等多种靶材。
- 适用多层薄膜：可实现多层结构或复合薄膜的沉积。
- 高稳定性和重复性：工艺稳定，适合大规模生产。
- 薄膜均匀性好致密性高：薄膜致密且附着力强，厚度均匀。
常见溅射材料
铝（Al）、铜（Cu）、钛（Ti）、钨（W）、镍（Ni）、银（Ag）、金（Au）、氧化铟锡（ITO）、氧化锌（ZnO）、氧化钛（TiO2）、氧化铝（Al2O3）、氮化硅（Si3N4）、氮化钛（TiN）、氮化铝（AlN）、碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）、钛/氮化钛（Ti/TiN）多层靶材等
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