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磁控溅射膜 是什么意思 另外 是不是 金属膜都是

发布时间:2019/11/19 点击量:

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  1、磁控溅射隔热膜又称磁控溅射金属膜,采用多层磁控溅射工艺打造而成,以持久反射隔热的出色性能而著称。由于其高清晰、高隔热、高稳定、低内反光、色泽纯正、永不退色、使用寿命长等众多特点,一度被广泛用于汽车玻璃贴膜、建筑玻璃贴膜。

  2、磁控溅射技术在薄膜制造领域中的应用十分广泛,可以制造工业上所需要的各种薄膜。如:超硬薄膜、耐腐蚀耐摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜、隔热膜以及各种具有特殊电学性能的薄膜等。

  3、简单的说,磁控溅射隔热的生产工艺就是在真空的环境里采用电离子有序轰击镍、银、钛、金、铟、铜、铝等贵金属耙材,并采用磁场控制的方式让金属离子均匀的溅射到光学级的PET基材上,沉积成金属镀膜层。

  4、隔热原理:磁控溅射隔热膜属于反射型隔热膜。它是将镍、银等金属的分子通过溅射的方法涂布在安全基层上,这些金属层会选择性的将阳光中的各种热能源,包括红外线、口▲=○▼紫外线及可见光热能反射回去。从而有效祈祷隔热及保护人体及汽车内饰免受紫外线伤害的作用。

  (3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体,可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。

  (7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。

  (10)靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

  靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。溅镀薄膜的性质、均匀度都比蒸镀薄膜来的好,但是镀膜速度却比蒸镀慢很多。新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化,

  提高溅镀速率。一般金属镀膜大都采用直流溅镀,而不导电的陶磁材料则使用RF交流溅镀,基本的原理是在真空中利用辉光放电(glow

  discharge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(target)表面,电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面,这个冲击将使靶材的物质飞出而沉积在基板上形成薄膜。一般来说,利用溅镀制程进行薄膜披覆有几项特点:(1)金属、合金或绝缘物均可做成薄膜材料。(2)再适当的设定条件下可将多元复杂的靶材制作出同一组成的薄膜。(3)利用放电气氛中加入氧或其它的活性气体,可以制作靶材物质与气体分子的混合物或化合物。(4)靶材输入电流及溅射时间可以控制,容易得到高精度的膜厚。(5)较其它制程利于生产大面积的均一薄膜。(6)溅射粒子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排。(7)基板与膜的附着强度是一般蒸镀膜的10倍以上,且由于溅射粒子带有高能量,在成膜面会继续表面扩散而得到硬且致密的薄膜,同时此高能量使基板只要较低的温度即可得到结晶膜。(8)薄膜形成初期成核密度高,可生产10nm以下的极薄连续膜。(9)靶材的寿命长,可长时间自动化连续生产。(10)靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产。

  金属镀膜不一定用磁控溅射,可以根据成本&工艺需求选择合理的沉积方法,具体有:

  物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用,但在最近30年迅速发展,成为一门极具广阔应用前景的新技术。,并向着环保型、◆●△▼●清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今,在钟表行业,尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。

  物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

  真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。◇•■★▼

  溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,▲★-●这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流(Qc)溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。 电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑,所以也称多弧蒸发离化过程。

  离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。

  (2)镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。

  物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

  随着高科技及新兴工业发展,物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点,如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术,大型矩形长弧靶和溅射靶,非平衡磁控溅射靶,孪生靶技术,带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术,条状纤维织物卷绕镀层技术等,使用的镀层成套设备,向计算机全自动,大型化工业规模方向发展。

  (一)线) 真空蒸镀是在真空条件下,将镀料加热并蒸发,使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面(升华)。

  将镀料加热到蒸发温度并使之气化,这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源,特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。

  (三)真空蒸镀工艺实例 以塑料金属化为例,真空蒸镀工艺包括:镀前处理、镀膜及后处理。

  (1)镀前处理,包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗等。具体预处理有除静电,涂底漆等。

  (2)装炉,包括真空室清理及镀件挂具的清洗,蒸发源安装、调试、镀件褂卡。

  (3)抽线Pa以上,更早打开扩散泵的前级维持真空泵,加热扩散泵,待预热足够后,打开高阀,用扩散泵抽至6×10-3Pa半底线)烘烤,将镀件烘烤加热到所需温度。

  (6)预熔,调整电流使镀料预熔,调整电流使镀料预熔,除气1min~2min。

  (9)出炉,.取件后,关闭真空室,抽线Pa,扩散泵冷却到允许温度,才可关闭维持泵和冷却水。■□

  溅射镀膜是指在真空条件下,利用获得功能的粒子轰击靶材料表面,使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材表面,就称作溅射镀膜。 溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。近年发展起来的规模性磁控溅射镀膜,沉积速率较高,▲●工艺重复性好,便于自动化,已适当于进行大型建筑装饰镀膜,及工业材料的功能性镀膜,及TGN-JR型用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物表面镀镍Ni及银Ag。

  这里指的是PVD领域通常采用的冷阴极电弧蒸发,以固体镀料作为阴极,采用水冷、使冷阴极表面形成许多亮斑,即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧根。在极小空间的电流密度极高,弧斑尺寸极小,估计约为1μm~100μm,电流密度高达l05A/cm2~107A/cm2。每个弧斑存在极短时间,爆发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料,蒸发离化后的金属离子,在阴极表面也会产生新的弧斑,许多弧斑不断产生和消失,所以又称多弧蒸发。 最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源,是在阴极背后配置磁场,使蒸发后的离子获得霍尔(hall)加速效应,有利于离子增大能量轰击量体,采用这种电弧蒸发离化源镀膜,离化率较高,所以又称为电弧等离子体镀膜。 由于镀料的蒸发离化靠电弧,所以属于区别于第二节,第三节所述的蒸发手段。

  离子镀的基本特点是采用某种方法(如电子束蒸发磁控溅射,或多弧蒸发离化等)使中性粒子电离成离子和电子,在基体上必须施加负偏压,从而使离子对基体产生轰击,适当降低负偏压后,使离子进而沉积于基体成膜。 离子镀的优点如下:①膜层和基体结合力强。②膜层均匀,致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。⑤多种基体材料均适合于离子镀。

  如果采用电子束蒸发源蒸发,◆▼在坩埚上方加20V~100V的正偏压。在真空室中导人反应性气体。如N2、02、C2H2、CH4等代替Ar,☆△◆▲■或混入Ar,★◇▽▼•电子束中的高能电子(几千至几万电子伏特),不仅使镀料熔化蒸发,而且能在熔化的镀料表面激励出二次电子,这些二次电子在上方正偏压作用下加速,与镀料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子,在工件表面发生离化反应,从而获得氧化物(如Te02:Si02、Al203、Zn0、Sn02、Cr203、Zr02、In02等)。其特点是沉积率高,工艺温度低。

  多弧离子镀又称作电弧离子镀,由于在阴极上有多个弧斑持续呈现,故称作“多弧”。多弧离子镀的主要特点如下: (1)阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直接产生等离子体,而不产生熔池,所以可以任意方位布置,也可采用多个蒸发离化源。 (2)镀料的离化率高,一般达60%~90%,显著提高与基体的结合力改善膜层的性能。 (3)沉积速率高,改善镀膜的效率。 (4)设备结构简单,弧电源工作在低电压大电流工况,工作较为安全。

  PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类,真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类,相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。

  近十多年来,真空离子镀膜技术的发展是最快的,它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜 ,指的就是真空离子镀膜;通常所说的PVD镀膜机,指的也就是真空离子镀膜机。

  物理气相沉积是通过蒸发,电离或溅射等过程,产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀,真空溅射和离子镀三种,目前应用较广的是离子镀。

  离子镀是借助于惰性气体辉光放电,使镀料(如金属钛)气化蒸发离子化,离子经电场加速,以较高能量轰击工件表面,此时如通入CO2,N2等反应气体,便可在工件表面获得TiC,TiN覆盖层,硬度高达2000HV。离子镀的重要特点是沉积温度只有500℃左右,且覆盖层附着力强,适用于高速钢工具,热锻模等。

  物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用,但在最近30年迅速发展,成为一门极具广阔应用前景的新技术。,并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今,在钟表行业,尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。

  物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

  真空蒸镀基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上,蒸发的方法常用电阻加热,●高频感应加热,电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面,历史上,真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。

  溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电,称直流(Qc)溅射,射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。 电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下,用引弧针引弧,使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电,阴极表面快速移动着多个阴极弧斑,不断迅速蒸发甚至“异华”镀料,使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体,并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑,所以也称多弧蒸发离化过程。

  离子镀基本原理是在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。

  (2)镀料原子、分子或离子的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后,产生多种反应。

  物理气相沉积技术工艺过程简单,对环境改善,无污染,耗材少,成膜均匀致密,•●与基体的结合力强。◆◁•该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域,可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

  随着高科技及新兴工业发展,物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点,如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术,大型矩形长弧靶和溅射靶,非平衡磁控溅射靶,孪生靶技术,带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术,条状纤维织物卷绕镀层技术等,使用的镀层成套设备,向计算机全自动,大型化工业规模方向发展。

  (一)线) 真空蒸镀是在真空条件下,将镀料加热并蒸发,使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面(升华)。

  将镀料加热到蒸发温度并使之气化,这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源,特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。

  (三)真空蒸镀工艺实例 以塑料金属化为例,真空蒸镀工艺包括:镀前处理、镀膜及后处理。

  (1)镀前处理,包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗等。具体预处理有除静电,涂底漆等。

  (2)装炉,包括真空室清理及镀件挂具的清洗,蒸发源安装、调试、镀件褂卡。

  (3)抽线Pa以上,更早打开扩散泵的前级维持真空泵,加热扩散泵,待预热足够后,打开高阀,用扩散泵抽至6×10-3Pa半底线)烘烤,将镀件烘烤加热到所需温度。

  (6)预熔,•☆■▲调整电流使镀料预熔,调整电流使镀料预熔,除气1min~2min。

  (9)出炉,.取件后,关闭真空室,抽线Pa,扩散泵冷却到允许温度,才可关闭维持泵和冷却水。

  溅射镀膜是指在真空条件下,利用获得功能的粒子轰击靶材料表面,使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材表面,就称作溅射镀膜。 溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。近年发展起来的规模性磁控溅射镀膜,沉积速率较高,工艺重复性好,便于自动化,已适当于进行大型建筑装饰镀膜,及工业材料的功能性镀膜,及TGN-JR型用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物表面镀镍Ni及银Ag。

  这里指的是PVD领域通常采用的冷阴极电弧蒸发,以固体镀料作为阴极,采用水冷、使冷阴极表面形成许多亮斑,即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧根。在极小空间的电流密度极高,弧斑尺寸极小,估计约为1μm~100μm,电流密度高达l05A/cm2~107A/cm2。每个弧斑存在极短时间,爆发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料,蒸发离化后的金属离子,在阴极表面也会产生新的弧斑,许多弧斑不断产生和消失,所以又称多弧蒸发。 最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源,是在阴极背后配置磁场,使蒸发后的离子获得霍尔(hall)加速效应,有利于离子增大能量轰击量体,采用这种电弧蒸发离化源镀膜,离化率较高,所以又称为电弧等离子体镀膜。 由于镀料的蒸发离化靠电弧,□▼◁▼所以属于区别于第二节,第三节所述的蒸发手段。

  离子镀的基本特点是采用某种方法(如电子束蒸发磁控溅射,或多弧蒸发离化等)使中性粒子电离成离子和电子,在基体上必须施加负偏压,从而使离子对基体产生轰击,适当降低负偏压后,使离子进而沉积于基体成膜。 离子镀的优点如下:①膜层和基体结合力强。②膜层均匀,致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。⑤多种基体材料均适合于离子镀。

  如果采用电子束蒸发源蒸发,在坩埚上方加20V~100V的正偏压。在真空室中导人反应性气体。如N2、02、C2H2、CH4等代替Ar,或混入Ar,电子束中的高能电子(几千至几万电子伏特),不仅使镀料熔化蒸发,而且能在熔化的镀料表面激励出二次电子,这些二次电子在上方正偏压作用下加速,与镀料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子,在工件表面发生离化反应,从而获得氧化物(如Te02:Si02、Al203、Zn0、Sn02、Cr203、Zr02、In02等)。其特点是沉积率高,工艺温度低。

  多弧离子镀又称作电弧离子镀,由于在阴极上有多个弧斑持续呈现,故称作“多弧”。多弧离子镀的主要特点如下: (1)阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直接产生等离子体,而不产生熔池,所以可以任意方位布置,也可采用多个蒸发离化源。 (2)镀料的离化率高,一般达60%~90%,显著提高与基体的结合力改善膜层的性能。 (3)沉积速率高,改善镀膜的效率。 (4)设备结构简单,弧电源工作在低电压大电流工况,工作较为安全。

  PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类,真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类,相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。

  近十多年来,真空离子镀膜技术的发展是最快的,它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜 ,指的就是真空离子镀膜;通常所说的PVD镀膜机,指的也就是真空离子镀膜机。

  物理气相沉积是通过蒸发,电离或溅射等过程,产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀,真空溅射和离子镀三种,目前应用较广的是离子镀。

  离子镀是借助于惰性气体辉光放电,使镀料(如金属钛)气化蒸发离子化,离子经电场加速,以较高能量轰击工件表面,此时如通入CO2,N2等反应气体,便可在工件表面获得TiC,TiN覆盖层,硬度高达2000HV。离子镀的重要特点是沉积温度只有500℃左右,且覆盖层附着力强,适用于高速钢工具,热锻模等。

  磁控溅射膜是指使用磁控溅射设备制取的膜层,根据所用靶材的不同,膜层成分也就不同,溅射时一般充入氩气,在低真空时氩原子被电离,电离出来的氩离子带正电荷,在电场的作用下轰击作为阴极的靶材,靶材表面上的原子在高能氩离子轰击下脱离靶材表面,在被镀膜的基体上沉积下来,氩气在这个过程中起到轰击的媒体。如在溅射过程中只充入氩气,溅射的靶材是纯金属,膜层也基本上是金属。实际工作中在充入氩气的同时还会根据需要充入其他气体,较多情况的是氧气,所成的膜实际上是一种成分复杂的混合膜,习惯上仍然称之为金属膜。金属膜不全是用磁控溅射制取,其它方式也能获取,只是那些方式制取的膜习惯上冠以那些方式的名称,如化学沉积膜、电镀膜等。