磁控濺射鍍膜技術(shù)最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-11-22
磁控濺射鍍膜是濺射鍍膜的一種，它克服了其它濺射工藝沉積速率低的缺點(diǎn)，拓展了濺射的應(yīng)用領(lǐng)域。磁控濺射鍍膜就是在陰極靶材表面上方形成一個(gè)正交電磁場(chǎng)(即電場(chǎng)與磁場(chǎng)正交，磁場(chǎng)方向與靶材表面平行)，在陰極區(qū)，當(dāng)濺射產(chǎn)生的二次電子被加速變成高能電子后，并不直接飛向基材(陽極)，反而是在正交磁場(chǎng)力作用下來回振蕩，類似于作擺線運(yùn)動(dòng)，并持續(xù)不斷地撞擊氣體分子，從而把能量傳遞給氣體分子，使之發(fā)生電離，而其本身則變?yōu)榈湍茈娮?，最終沿磁力線遷移到陰極附近的輔助陽極被吸收，這可避免高能粒子對(duì)基材的強(qiáng)烈轟擊，不會(huì)引起基材的電子輻射損傷，充分地體現(xiàn)了“低溫”濺射的特性。另一方面，正由于磁控濺射產(chǎn)生的高能電子來回振蕩，一般要經(jīng)過遠(yuǎn)距離飛行才能被陽極最終吸收，而氣壓為10-1Pa量級(jí)的電子平均自由程只有10cm的量級(jí)，所以電離度很高，易于放電，它的離子電流密度比其它濺射方法要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，濺射速率高達(dá)102nm/min～103nm/min，又充分地體現(xiàn)了“高速”濺射的特性陋。
磁控濺射鍍膜新技術(shù)
非平衡磁控濺射技術(shù)(UBMS)
近年發(fā)展起來的非平衡磁控濺射技術(shù)是一種磁控靶邊緣的磁力線呈發(fā)散狀直達(dá)基底表面，在基底表面形成大量離子轟擊，直接干預(yù)基底表面濺射成膜的過程。
非平衡磁控濺射技術(shù)的運(yùn)用，使平衡磁控濺射遇到的問題如沉積致密、薄膜成分復(fù)雜等得以解決，然而單一非平衡磁控靶材在復(fù)雜基材上很難沉積出均勻性的薄膜，而且在電子飛向基材的過程中，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的減小，一部分電子會(huì)吸附到真空室壁上，導(dǎo)致離子和電子的濃度下降。據(jù)此，研發(fā)人員開發(fā)出多靶材非平衡磁控濺射系統(tǒng)，以補(bǔ)充單一靶材非平衡磁控濺射的不足。根據(jù)磁場(chǎng)的分布方式，多靶材非平衡磁控濺射系統(tǒng)可分為相鄰磁極相反的閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射和相鄰磁極相同的鏡像磁場(chǎng)非平衡磁控濺射，圖1是雙靶材非平衡磁控濺射示意圖。
圖一 雙靶非平衡磁控濺射示意圖
脈沖磁控濺射技術(shù)(PMS)
近年來發(fā)展起來的脈沖磁控濺射新技術(shù)可以在反應(yīng)濺射制備絕緣性薄膜的過程中，不斷釋放靶表面積高的電荷，以防止放電打弧的現(xiàn)象，并具有沉積速率高、濺射速率快等優(yōu)點(diǎn)。脈沖磁控濺射(10kHz～350kHz)已經(jīng)成為公認(rèn)的沉積絕緣性薄膜的最佳工藝，最新研究表明：脈沖的磁控管放電也能夠?qū)е卤冗B續(xù)的直流放電更熱、更高能等離子體。脈沖磁控濺射技術(shù)擴(kuò)大了沉積靶材的范圍，可提高沉積薄膜的性能。根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)，占空比和脈沖頻率也可以調(diào)節(jié)。
新型磁控濺射鍍膜技術(shù)
隨著先進(jìn)工業(yè)需求以及磁控濺射鍍膜新技術(shù)的出現(xiàn)，低壓濺射、高速沉積、復(fù)合表面工程技術(shù)以及脈沖濺射等新型工藝成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
在常規(guī)磁控濺射技術(shù)中，低壓濺射的關(guān)鍵問題是氣體原子與電子的碰撞概率降低，不足以維持靶材表面的輝光放電，導(dǎo)致濺射沉積無法持續(xù)進(jìn)行。而通過優(yōu)化磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，可延長(zhǎng)電子空間運(yùn)動(dòng)距離，非平衡磁控濺射技術(shù)即可以實(shí)現(xiàn)在10-2Pa級(jí)的真空條件下進(jìn)行濺射沉積。另外，通過外加電磁場(chǎng)約束電子運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)更低壓強(qiáng)下的濺射沉積。高速沉積可以降低工作氣體消耗、提高工作效率以及獲得新型膜層。目前，高速沉積已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了靶材功率密度超過100W/cm2，沉積速率超過1μm/min。在替代傳統(tǒng)電鍍技術(shù)方面，高速沉積具有廣闊的前景。
磁控濺射鍍膜技術(shù)與其它表面工程技術(shù)結(jié)合也是磁控濺射鍍膜技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。盡管磁控濺射鍍膜技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)前在表面工程領(lǐng)域占據(jù)的比重仍很小，傳統(tǒng)表面工程技術(shù)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。限制其應(yīng)用的一個(gè)主要因素是基底材料如有色金屬(鋁、鎂、鈦)無法與濺射技術(shù)沉積的超硬的功能性薄膜相匹配。相比高硬度涂層，基底太軟無法承受載荷壓力。反之，對(duì)于抗腐蝕性環(huán)境，針眼狀缺陷會(huì)導(dǎo)致涂層失效。為克服這類問題，因而需要發(fā)展復(fù)合表面工程技術(shù)。
磁控濺射鍍膜技術(shù)廣泛應(yīng)用于薄膜制備領(lǐng)域，可以制備工業(yè)上所需要的超硬薄膜、耐蝕性薄膜、磁性薄膜、超導(dǎo)薄膜以及光學(xué)薄膜等功能性薄膜，但傳統(tǒng)的磁控濺射鍍膜處理技術(shù)有很多的局限性，比如設(shè)備造價(jià)及穩(wěn)定性仍待進(jìn)一步改進(jìn)。相信在未來的科研工作者們研究和不斷優(yōu)化下，該技術(shù)能給各種制造業(yè)和設(shè)備維護(hù)行業(yè)的發(fā)展提供更多益處，給各種機(jī)械零部件和制造行業(yè)的發(fā)展帶來更大的飛躍。
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