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院优论文样稿1范文 磁控溅射制APC（Ag:Pd:Cu）金属膜及薄膜特性毕业生张玉春指导老师冯克成摘要磁控溅射目前是一种应用十分广泛的薄膜沉积技术，它已广泛地应用于光学、电子学、能源开发、理化仪器、建筑机械、包装、民用制品、表面科学以及科学研究等领域中。 镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有极其重要的地位。 磁控溅射镀膜主要介绍磁控溅射的原点及特点，生产中各中类型的磁控溅射技术进展，通过采集生产中磁控溅射制APC金属膜的数据，来对APC膜的膜特性进行现状分析。 关键词薄膜磁控溅射APC金属膜膜特性Abstract关键词薄膜磁控溅射APC金属膜膜特性Abstract Magron sputtering applicationis currentlya very wide range of thin film depositiontechnology,which hasbeen widelyused inoptics,electronics,energy development,physical andchemical equipment,construction machinery,packaging andcivilian products,such assurface science,as wellas thefield ofscientific research.Thin-film coatingtechnology andproducts inthe industryon averywiderangeofapplications,especially inelectronic materialsand ponentsindustry inan extremelyimportant position.Magronsputteringmagron sputteringintroduces theorigin andcharacteristics of the production of varioustypes ofmagron sputteringtechnology,through thecollection systemfor theproductionofmagron sputteringof metalfilms APCdata tothe membraneoftheAPC Analysisof membraneproperties.Key words:thin filmmagron sputteringAPC metalmembrane membraneproperties Keywords:thinfilmmagron sputteringAPC metalmembrane membraneproperties1.引言真空薄膜技术的迅猛发展起因于现代科技发展的需求。 薄膜技术可有效而经济地改变零件表面功能，防止因磨损、腐蚀或氧化引起的失效，延长其使用寿命。 此外，相对传统材料制备技术，薄膜技术能制备多种新型材料，满足特殊使用条件和功能对新材料的需求。 溅射沉积技术自上世纪三四十年代首次利用溅射现象实验制取膜，并于六七十年代实现工业应用以来，以其独特的沉积原理和方式，在短短数十年内便得以迅速发展，新工艺技术日益完善，并以此制备的新型材料层出不穷。 磁控溅射目前是一种应用十分广泛的薄膜沉积技术，溅射技术上的不断发展和对新功能薄膜的探索研究，使磁控溅射应用延伸到许多生产和科研领域。 在微电子领域作为一种非热式镀膜技术,主要应用在化学气相沉积（CVD）或金属有化学气相沉积（MOCVD）生长困难及不适用的材料薄膜沉积，而且可以获得大面积非常均匀的薄膜。 包括欧姆接触的Al、Cu、Au、W、Ti等金属电极薄膜可用于栅绝缘层或扩散势垒层的TiN、TiO、Al2O 3、ZrO 2、AlN等介质薄膜沉积。 光学薄膜应用反应磁控溅射技术已有多年，中频闭合场非平衡磁控溅射技术也已在光学薄膜（如增透膜）、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面得到应用。 特别是透明导电玻璃目前广泛应用于平板显示器件、太阳能电池、微波与射频屏蔽装置与器件、传感器等。 透明导电玻璃在玻璃基片或柔性衬底上，溅射制备SiO2薄膜和掺杂ZnO或InSn氧化物（ITO）薄膜。 ITO薄膜最低电率接近10-5量级，可见光范围内平均光透过率在90%以上。 在光学存储领域，光盘存储自推出以来技术不断更新，磁控溅射也从镀制CD-ROM的Al及CD-R的Au或Ag的光反射层，到CD-RW中镀制ZnS-SiO/GeTbTe(或TgInSbTe)/ZnS-SiO2/Al多层结构光记录媒介膜。 目前随着对光存储的需求大幅度的增加，磁控溅射在光学存储领域将发挥更大的作用。 在现代机械加工工业中，表面功能膜、超硬膜，自润滑薄膜的表面沉积技术自问世以来得到长足发展，能有效的提高表面硬度、复合韧性、耐磨损性和抗高温化学稳定性能，从而大幅度地提高涂层产品的使用寿命，应用越来越广泛。 溅镀材料包括Ti、Cr、Pt、Cu等金属;TiAl6V 4、MCrAlY（M指Ni、Co、Fe等金属）等合金；TiN、TiAlN、TiC、Ti、CrN、TiAlO x、TiB 2、SiC等超硬材料；Al2O 3、ZrO2等介质材料薄膜，采用非平衡磁控溅射技术沉积单层、多层或纳米结构薄膜。 适合的表面装饰镀膜处理在各种塑料的表面产生优良的金属层，溅射薄膜在光滑的基底表面呈现出金属光泽和良好的附着性，使用多种金属元素可以得到种类繁多、不同金属色泽的镀层，镀层的丰满度、光亮度与传统电镀相近1。 磁控溅射除上述已被大量应用的领域，还在高温超导薄膜、铁电体薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜发光材料、太阳能电池、记忆合金薄膜研究方面发挥重要作用。 近年来，磁控溅射技术在固体靶表面的溅射机理、非平衡磁控溅射以及脉冲磁控溅射对沉积涂层的影响等方面的研究取得了重要的进展。 溅射沉积镀膜的核心是在低真空条件下产生等离子体，通过等离子体轰击将固体靶面原子击出，因此控制等离子体的能量分布与行为是研究磁控溅射工艺的关键。 尽管目前许多的国内外研究者都在不遗余力地研究工艺参数对不同成分涂层的影响，并根据不同的材料开发了一系列的沉积工艺，实质上这是在固定的等离子体状态下寻求最佳工艺的过程。 非平衡磁控溅射是磁控溅射技术中的重要里程碑，使得溅射技术直接过渡到离子镀阶段，而脉冲磁控溅射技术稳定沉积高质量的非导电涂层作出了重要的贡献。 这两项关键技术的核心是改变了等离子体的密度分布和输送过程，因此控制离子流的行为状态则是磁控溅射研究的核心环节2。 2.实验2.1磁控溅射沉积镀膜机理磁控溅射系统是在基本的二极溅射系统发展而来，解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。 磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置1001000Gauss强力磁铁，真空室充人0.110Pa压力的惰性气体Ar，作为气体放电的载体。 在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子，产生等离子辉光放电，电子在加速飞向基片的过程中，受到垂直于电场的磁场影响使电子产生偏转，被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，电子以摆线的方式沿着靶表面前进，在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar+离子，与没有磁控管的结构的溅射相比，离化率迅速增加10100倍，因此该区域内等离子体密度很高。 经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。 而Ar+离子在高压电场加速作用下，与靶材的撞击并释放出能量，导致靶材表面的原子吸收Ar+离子的动能而脱离原晶格束缚，呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片，并在基片上沉积形成薄膜(见图-1)。 溅射系统沉积镀膜粒子能量通常为110eV，溅射镀膜理论密度可达98。 比较蒸镀0.1leV的粒子能量和95的镀膜理论密度而言，溅镀薄膜的性质、牢固度都比热蒸发和电子束蒸发薄膜好。 磁控管中阴极和磁体的结构直接影响溅射镀膜的性能，因此根据磁控溅射应用要求，发展出各种不同结构和可变磁场的阴极磁控管，以改善和提高薄膜的质量和靶材的利用率。 图-1磁控溅射原理不意图阴极靶，靶材的利用率通常小于50。 通过磁场的优化设计可提高靶材的利用率，特定的条件下，一些厂商磁控管的靶材利用率可以超过70。 另外，旋转靶材的利用率较高，一般可达到7080以上。 2.2实验设备in line式的溅射装置in line式的溅射装置在工业量产中，经常被使用的装置是盘式通过型的inline式的溅射装置，主要是竖形搬送的两面成膜方式的装置。 图-2表示正在被使用的装置。 因为要改善在inline式溅射装置中的量产性，使用自动装置进行玻璃作业，采取自动化和粒子减少的措施。 由此，在步留大幅度改善的同时，可以提高高处理能力。 另外，因为是盘式的，所以从玻璃尺寸自由度大的方面来说，是有优点的。 所以适量变更玻璃的尺寸，inline式的溅射装置可以说是单一程序条件的量产装置。 图-2in line式的溅射装置如前所述，inline式的溅射装置虽然有优点，但是也存在以下问题。 程序条件的自由度小只要局部发生故障必须要停止全部的装置对托盘的加热以及了冷却，消耗的能量和时间的效果不好托盘是粒子的发生源（经过了加热冷却以及真空大气的周期，附着的膜会剥落）。 从托盘中放出的气体多（经过真空大气的周期，在真空中放出在大气中所吸入的气体）3。 设置面积广。 3.APC金属膜实验结果的膜特性分析3.1合金APC的特性如图-3a，b所示，银膜在可见光领域的极宽波段内，具有高于一切已知材料的反射率，并且银在纵多金属中导电率最高。 但银膜的附着力较差，机械性能和化学稳定性均不好。 在空气中硫化物的作用下，银膜会很快地发黄变暗。 因此，银膜一般都镀在玻璃的后表面，作为后反射膜，然后涂镀保护膜加以保护。 若用作前反射膜时，则需透明保护膜。 然而，一般低吸收的介质膜材料与银膜匹配均不理想，很难得到牢固膜a b图-3a.金属反射率图b.金属抵抗率图金属Ag的合金APC是具备Ag卓越特性的材料，除了固有的低抵抗率、高反射率的优点外，在较弱的耐环境性、耐热性方面也有所改善。 3.2实验条件的确定及数据结果分析3.2.1数据结果分析耐湿、耐热后反射率的变化率受温度、功率的影响3.2.1数据结果分析耐湿、耐热后反射率的变化率受温度、功率的影响表-1a.耐湿后反射率的变化率受温度的影响b.耐热后反射率的变化率受温度的影响c.耐热后反射率的变化率受功率的影响d.耐湿后反射率的变化率受功率的影响a.温度()1xx0160180xx20耐湿反射率变化率(%)1.6-0.50.81.01.31.5b.温度()1xx0160180xx20耐热反射率变化率(%)13.918.417.719.718.013.0c.功率(kw)233.3耐热反射率变化率(%)6.914.513.5d.功率(kw)233.3耐湿反射率变化率(%)2.60.51.3从表-1a,d,c,d和图-5a,d,c,d中可以看出，耐湿、耐热后反射率的变化率在我们归定的30%范围以内，符合我们的要求，比之前使用的AP靶性能更加优异，耐湿后反射率的变化范围，相对与耐热的变化范围较小，因此耐热还需继续改善。 膜厚与温度、功率的关系表-2a.膜厚与温度的关系基体的温度是影响薄膜晶体结构的一个重要工艺参数，在室温下沉积，其组织结构基本是非晶，在基体温度为250400时，一般获得多晶薄膜，高溅射电压和溅射功率也有利于晶体生长，与温度的影响类似。 抵抗和比抵抗分别与温度、功率的关系表-3a.抵抗与温度的关系b.抵抗与功率的关系c.比抵抗与温度的关系d.比抵抗与功率的关系a.温度（）1xx0160180xx20抵抗（）0.2300.1990.1950.1900.1980.183b.功率(kw)233.3抵抗()0.280.190.17c.温度（）1xx0160180xx20比抵抗（.?m）0.0320.0350.0370.0370.0350.033d.功率(kw)233.3比抵抗(.?m)0.340.330.334.结论本文介绍了磁控溅射镀膜的现状及发展情况，概括性的介绍了溅射技术的理论，过程及特点。 重点介绍了磁控溅射的原理及特点，在生产中各种类型的磁控技术进展，以及在低温成膜条件下，对APC成膜后的膜特性进行了确认，具体把握了膜厚，抵抗，比抵抗，耐湿、耐碱后反射率的变化分别与成膜温度，溅射功率的关系。 达到预期目标的80%，具体分析结果如下耐湿、耐碱后反射率的变化率控制在30%范围以内，比之前使用的AP靶性能更加优异，耐湿后反射率的变化范围，相对与耐热的变化范围较小，因此耐热还需继续改善。 APC膜的膜厚随温度、功率的升高而增加，由于薄膜表面结晶性的提高和Ar+离子体聚集的密度变的更高。 温度()1xx0160180xx20膜厚(?)159616451913195017671776APC膜的抵抗随温度、功率的升高而下降，由于迁移率提高和被溅粒子密度增大，使结晶性和致密性提高，故抵抗下降，得到改善。 APC膜的比抵抗不依存于温度、功率的升高，维持在稳定的范围内。 参考文献参考文献1王银川.真空镀膜技术的现状及发展M.现代仪器，2000, (6)14.2P.J.K