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  真空镀膜知识
镀膜工艺流程中工艺参数的控制和对膜层沉积的影响

1、          靶功率;磁控溅射本身粒子初始动能比较小,离化率低,电源功率越大,溅射出的粒子的初始能量越大,靶材溅射量也越大,沉积速率越快,膜层容易上厚度和硬度,同时工件温升也大,过高的功率会使沉积速率太快,粒子来不及表面迁移和扩散,易形成阴影效应,膜层会比较疏松,应力较大。
2、          弧靶电流:弧靶电流越大,靶材蒸发量越大,靶面温度越高,冷却越差,弧靶产生的液滴大颗粒越多,膜层外观越差,膜层中的缺陷越多。
3、          偏压:偏压施加于工件上,在辉光清洗时工件(阴极)与炉体之间产生辉光放电,部分氩气被电子离化产生氩离子,氩离子(带正电)在负偏压作用下受工件吸引轰击清洗工件表面,偏压越大,对工件的轰击净化越干净,但同时工件本身的温升也越大,特别是尖角位棱角位置;在离子轰击中用于加速离子,提高离子轰击工件表面的能量,去除表面氧化层和吸附物,达到提高膜层结合力的作用;在膜层沉积时,用于增加离子能量,促进和改善薄膜生长,提高膜基结合力。
偏压越大离子附加能量越强,沉积过程中对膜层的轰击净化作用越明显,膜层越致密,同时颜色会越浅,膜层L值(亮度)会增加,显微硬度会增加、同时膜层外观粗糙度会变差,沉积过程中工件和膜层温升越大,偏压太大可能使工件变形烧伤,或产生热应力崩膜。
4、          占空比:占空比是指脉冲偏压的通断时间比,占空比越大,同一个周期时间内偏压输出时间越长,增大占空比可以提高离子轰击的能量,有利于提高膜基结合力和膜层致密性和膜层的硬度,但会提高工件的温升;减小占空比有利于抑制打火损伤和降低工件表面的温度、辉光放电清洗和离子轰击的效果。
5、          真空度:真空度是指处于真空状态下气体的稀薄程度,用压强表示,压强越低,其稀薄程度越大,真空度越高。镀膜过程中,真空度主要通过控制氩气流量来改变。
氩气越少,靶材溅射量越少,但真空度越高,气体分子自由程越大,散射越少,粒子碰撞几率越小,粒子迁移过程中损失的动量越少,沉积速率越大
6、          本底真空度: 本底真空度越高炉内杂气量(包括水气)越少,这保证镀膜时反应气体的纯度,从而保证膜层颜色的纯正和光泽鲜亮。一般本底真空应该进入5-7*10-3
7、          本底漏率:本底漏率是指真空室在未加入气体单位之前本身的单位漏率,漏率越大,进入炉内的杂气就越多,不管真空度多高,这会严重影响镀膜过程中炉内气氛的纯度和工件表面的洁净度,会破坏膜层的结合力和膜层颜色的纯度。
8、          烘烤温度:真空室抽气时烘烤有利于真空室和工件解吸已吸附的空气和水气,这是保证膜色调纯正的重要因素之一。要注意的是,我们的设备一般采用加热棒烘烤,以热电偶测温,热电偶的感温端位置不能靠近发热棒,否则不能反映炉内环境和工件的实际温度。
9、          基体温度:镀膜时基体温度直接影响膜层的结构、致密性和附着力,温度可用T/Tm值来确定,如;靶材为钛,其熔点为1670℃,基体温度应该选择TI/TM=0.15-0.25即 250-417℃才能得到理想的晶粒组织。考虑到沉积粒子受负偏压作用加速轰击工件还会引起温升,基体可选在250-300℃
10、       辉光清洗:对工件施加负偏压,产生辉光放电,利用氩离子轰击工件表面,这种辉光放电清洗作用比较柔和,一般采取由弱到强的轰击清洗顺序,是怕工件太脏时一开始就强轰击,可能产生强烈的打火而损伤工件。
11、       离子轰击:指利用高能高密度的金属离子流和氩离子流对工件进行离子轰击清洗,能有效去除工件表面的氧化物;但需注意工件温升过热退火和轰出表面缺陷。
12、     金属过渡层:过渡层能有效的减小膜-基或不同镀层间因材料热膨胀系数等物理性能不同而形成的应力,提高结合力,但是金属过渡层太厚容易引起基体软化,结合力反而会变差。
13、       靶基距:靶基距是影响成膜速率的重要因素之一,随着靶基距增加,被溅射材料射向基片时与气体分子碰撞的次数增多,同时等离子体密度也减弱,动能减少,沉积速率降低,但膜层外观较好。靶基距太小,沉积太快,工件温升大,膜层外观差
14、       镀膜时间:膜层厚度随镀膜时间的增加而增加,但不是线形增加,当厚度达到一定的时候,增加速度会变慢最后基本停止,而且镀膜时间越长膜层应力越大.外观越差
15、       送气方式和气体流量:采用从少到多逐步增加气体流量的方式加气使膜层从金属逐渐过渡到化合物是很好的一种加气方式,如做黑膜这样还可以延缓靶中毒,使颜色做得更深。
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