溅射

应用技术

溅射（sputtering）是PVD薄膜制备技术的一种，主要分为直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射。

技术介绍

溅射（sputtering）是PVD薄膜制备技术的一种，主要分为四大类：直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射。原理如图1：

原理：用带电粒子轰击靶材，加速的离子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使靶材原子从表面逸出并淀积在衬底材料上的过程。以荷能粒子(常用气体正离子)轰击某种材料的靶面，而使靶材表面的原子或分子从中逸出的现象，同时由于溅射过程含有动量的转换，所以溅射出的粒子是有方向性的。

用途：利用它可使他种基体材料表面获得金属、合金或电介质薄膜。适用于制造薄膜集成电路、片式引线器件和半导体器件等用。

方法：溅射薄膜通常是在惰性气体(如氩)的等离子体中制取。

特点：采用溅射工艺具有基体温度低，薄膜质纯，组织均匀密实，牢固性和重现性好等优点。

应用

溅射镀膜技术的应用

1. 制备薄膜磁头的耐磨损氧化膜

硬盘磁头进行读写操作时与硬盘表面产生滑动摩擦，为了减小摩擦力及提高磁头寿命，磁头正向薄膜化方向发展。

绝缘膜和保护膜(即AL 2 O 3 、SiO 2 氧化物薄膜)是薄膜磁头主要构成成份。对薄膜磁头的耐磨损膜的要求是耐冲击性好，耐磨性好，有适当的可加工性以及加工变形小，通常采用反应溅射法制备该种薄膜。为了防止基片升温过高，溅射镀膜过程中要对基片进行冷却。

2. 制备硬质薄膜

广泛使用的硬化膜是水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆，而且电镀速度慢，造成环境污染。如果采用金属Cr靶，在N 2 气氛中进行非平衡磁控溅射镀膜，可以在工件上镀覆Cr、CrN X 等镀层，代替水溶液电镀用于旋转轴和其它运动部件。

3. 制备切削刀具和模具的超硬膜

采用普通化学气相沉积技术制备TiN、TiC等超硬镀层，温度要在1000 ℃ 左右，这已经超过了高速钢的回火温度，对于硬质合金来说还可能使镀层晶粒长大。而采用对向靶溅射沉积单相TiN薄膜，溅射时间只需10～15min，基片温度不超过150 ℃，得到的 TiN薄膜硬度最高可达HV3800。利用非平衡磁控溅射法制备的TiN镀膜，通过膜层硬度和临界载荷实验以及摩擦实验，表明膜层硬度已经达到和超过其它离子镀膜的效果。

4. 制备固体润滑膜

固体润滑膜如MoS 2 薄膜已成功应用于真空工业设备、原子能设备以及航空航天领域，对于工作在高温环境的机械设备也是毕不可少的。虽然MoS 2 可用化学反应镀膜法制备，但溅射镀膜发得到的MoS 2 薄膜致密性好，膜基附着力大，添加Au(5wt%)的MoS 2 膜，其致密性和附着性更好，摩擦系数更小。

5. 制备光学薄膜

溅射法是工业生成中制备光学薄膜的一种主要的工艺。长期以来，反应磁控溅射技术主要用于工具表面镀制TiN 等超硬膜以及建筑玻璃、汽车玻璃、透明导电膜等单层或简单膜层。近年来，光通信，显示技术等方面对光学薄膜的巨大需求，刺激了将该技术用于光学薄膜工业化生产的研究。

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