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离子束沉积-广东振华真空镀膜设备

物理气相沉积(PVD)的又一种形式称为电子束蒸发沉积或离子束溅射(IBS)。与传统的磁控溅射不同,在阴极组件内的等离子体中会产生离子,而离子束溅射其溅射的是离子束源外的靶材。由哈罗德·考夫曼(Harold Kaufman)博士最初在60年代初期在美国宇航局(NASA)的开发工作中研发,当时是作为太空的电磁离子推进器使用。后来他与IBM一起进一步完善了这一研发的薄膜沉积中的应用,他同时在科罗拉多州立大学任教。作为一个外部的电子的离子源,以支持磁约束等离子体放电,最初的设计曾经是,现在仍然是几乎所有用于薄膜沉积,离子铣削,基板清洁等所有商业产品的基本雏形。

众所周知,考夫曼(Kaufman)离子源由准直,聚焦或散焦的一系列栅格设计组成,其中引入了包含热离子阴极灯丝的永磁体,该热阴极灯丝提供电子源以促进磁约束等离子体放电。通过使用惰性气体(例如氩气)和栅格系统来提取离子束,把离子源对准靶,以足够的能量通过破裂单个原子键而把原子释放出来。该“靶”如果是沉积材料,便在基板上形成薄膜。基板本身在表面上也提供额外的能量以促使膜的成核和生长,或两者皆具。灯丝(通常是钨)提供第二电子源,离子源内的等离子桥中和体或空心阴极电子源将中和离子束的电荷。该离子束源本质上是配备一组栅极的等离子体源,该栅极被设计成能提取离子流。栅极将离子加速到很高的速度。这些栅极是包含一系列具有特定形状的指定孔的专门设计的光圈。这些组合起来能形成具有精确的能量的离子束。

可以将第二离子束源引向衬底以提供预沉积衬底清洁,并同时向衬底表面增加能量,同时初始离子束源轰击靶表面,从而向衬底提供碰撞原子。这种双离子源沉积工艺可以提供具有更好附着力的,更无应力的薄膜,尤其是厚膜。

电子束蒸发沉积的主要优点如下。离子束沉积可独立控制离子束能量和离子通量。离子束源可在比常规溅射技术更低的压强下运行,从而可减少等离子体中污染物的产生和粒子碰撞。采取双源处理,可以通过控制基底表面的核形成和生长来更好地控制独立的化学计量。也可以通过减少孔隙率(空位)和截留的气体(氩气),制备更高密度的薄膜。生产具有平滑表面的薄膜,就能在多层光学薄膜中获得受控的折射率(N)。