PVD镀膜中溅射工艺的技术解析

溅射工艺作为物理气相沉积（PVD）技术的核心分支，通过高能粒子轰击靶材实现原子级材料转移，在薄膜制备领域占据重要地位。其独特的沉积机制与工艺优势，使其成为现代制造业中不可或缺的表面处理技术。

溅射工艺的技术原理

溅射工艺基于离子轰击引发的表面原子迁移现象。在真空环境中，氩离子等高能粒子以10-1000eV能量轰击靶材表面，当离子能量超过靶材升华热的4倍时，原子获得足够动能脱离晶格束缚，形成中性原子或分子束流。这些粒子以50eV左右能量沉积于基底表面，通过扩散与吸附形成致密薄膜。相较于蒸发镀膜，溅射工艺具有三大显著优势：

高附着力：溅射原子能量比蒸发原子高1-2个数量级，显著提升膜基结合强度；

材料普适性：可沉积高熔点金属（如W、Mo）及化合物薄膜（如TiN、Al₂O₃）；

成分可控性：通过共溅射技术实现多元合金薄膜的精确配比。

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溅射工艺的分类与特性

根据工作原理与设备结构，溅射工艺可分为以下类型：

1.直流溅射（DC Sputtering）

原理：利用直流电源在靶材（阴极）与基底（阳极）间建立电场，惰性气体电离后正离子轰击靶材。

特点：结构简单，适用于导电材料沉积

存在靶中毒现象，需定期清洁

沉积速率较低（0.1-1nm/s）

2.射频溅射（RF Sputtering）

原理：采用13.56MHz高频电源激发等离子体，通过电容耦合实现绝缘材料沉积。

特点：可溅射氧化物、氮化物等绝缘体

沉积速率较直流溅射提升30%-50%

设备复杂度与成本较高

3.磁控溅射（Magnetron Sputtering）

原理：在靶材表面施加与电场正交的磁场，形成“电子陷阱”效应，显著提高气体离化率。

特点：沉积速率达5-20nm/s，是二极溅射的10倍以上

工作气压低至0.1-1Pa，减少气体分子污染

靶材利用率提升至30%-40%（传统溅射<10%）

代表性设备：平面磁控溅射源、圆柱磁控溅射源

4. 反应溅射（Reactive Sputtering）

原理：在溅射室中引入活性气体（如O₂、N₂），使溅射原子与气体分子反应生成化合物薄膜。

应用案例：

Ti靶+N₂→TiN硬质涂层（硬度HV2000-3000）

Al靶+O₂→Al₂O₃绝缘膜（介电常数>9）

设备推荐

海威XHRS-1350卷绕式镀膜机