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真空电镀镀膜技术原理

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真空电镀镀膜技术原理_第1页
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真空电镀镀膜技术原理以几十电子伏特或更高动能的荷电粒子轰击材料表面,使其溅射 出进入气相,可用来刻蚀和镀膜入射一个离子所溅射出的原子个数 称为溅射产额(Yield)产额越高溅射速度越快,以Cu,Au,Ag等最高, Ti,Mo,Ta,W等最低一般在0.1-10原子/离子离子可以直流辉光放 电(glow discharge)产生,在10-1一10 Pa真空度,在两极间加高压产 生放电,正离子会轰击负电之靶材而溅射也靶材,而镀至被镀物上 正常辉光放电(glow discharge啲电流密度与阴极物质与形状、气体种 类压力等有关溅镀时应尽可能维持其稳定任何材料皆可溅射镀膜, 即使高熔点材料也容易溅镀,但对非导体靶材须以射频(RF)或脉冲 (pulse)溅射;且因导电性较差,溅镀功率及速度较低金属溅镀功率可 达 10W/cm2,非金属 <5W/cm2二极溅镀射: 靶材为阴极,被镀工件及工件架为阳极,气体(氩 气Ar)压力约几Pa或更高方可得较高镀率磁控溅射:在阴极靶表面形成一正交电磁场,在此区电子密度高, 进而提高离子密度,使得溅镀率提高(一个数量级),溅射速度可达 0.1 一1 um/min 膜层附着力较蒸镀佳, 是目前最实用的镀膜技术之一. 其它有偏压溅射、反应溅射、离子束溅射等镀膜技术溅镀机设备与工 艺(磁控溅镀)溅镀机由真空室,排气系统,溅射源和控制系统组成。

溅射源又分为电源和溅射枪 (sputter gun) 磁控溅射枪分为平面型和 圆柱型,其中平面型分为矩型和圆型,靶材料利用率30-40%,圆柱 型靶材料利用率>50%溅射电源分为:直流(DC)、射频(RF)、脉冲(pulse),直流:800-1000V(Max)导体用,须可灾弧射频:13.56MHZ, 非导体用脉冲:泛用,最新发展出溅镀时须控制参数有溅射电流,电压或 功率,以及溅镀压力(5X10-1—I.OPa),若各参数皆稳定,膜厚可以镀 膜时间估计出来 靶材的选择与处理十分重要,纯度要佳,质地均 匀,没有气泡、缺陷,表面应平整光洁对于直接冷却靶,须注意其 在溅射后靶材变薄,有可能破裂特别是非金属靶一般靶材最薄处不 可小于原靶厚之一半或 5mm磁控溅镀操作方式和一般蒸镀相似,先将真空抽至 1X 10-2Pa, 再通入氩气(Ar)离子轰击靶材,在5X10-1—1.0Pa的压力下进行溅镀 其间须注意电流、电压及压力开始时溅镀若有打火,可缓慢调升电 压,待稳定放电后再关shutter在这个过程中,离子化的惰性气体(Ar) 清洗和暴露该塑胶基材表面上数个毛细微空,并通过该电子与自塑胶 基材表面被清洁而产生一自由基,并维持真空状态下施以溅镀形成表 面缔结构,使表面缔结构与自由基产生填补和高附着性的化学性和物 理性的结合状态,以在表面外稳固地形成薄膜. 其中,薄膜是先通过 把表面缔造物大致地填满该塑胶毛细微孔后并作链接而形成 .溅镀与 常用的蒸发镀相比,溅镀具有电镀层与基材的结合力强 -附着力比蒸 发镀高过 10 倍以上,电镀曾致密,均匀等优点.真空蒸镀需要使金属或金属氧化物蒸发汽化,而加热的温度不能 太高,否则,金属气体沉积在塑胶基材放热而烧坏塑胶基材 .溅射粒 子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排 ,薄膜形成初期成核 密度高,可生产 10nm 以下的极薄连续膜,靶材的寿命长,可长时间自 动化连续生产。

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 溅镀利用高压电场做发生等离子镀膜物 质,使用几乎所有高熔点金属,合金和金属氧化物,如:铬,钼,钨, 钛,银,金等.而且,它是一个强制沉积的过程,采用这种工艺获得 的电镀层与塑胶基材附着力远远高于真空蒸镀法 .但,加工成本相对 较高。

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