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金属间的结合问题-广东振华真空镀膜设备

将溅射靶结合到相关的背板上有很多原因。本质上,所有这些原因基本上与所考虑的溅射靶的物理性质以及靶组件中要使用的背板材料的选择有关。关于等离子体沉积的任何沉积过程的主要考虑因素之一是散热速率与离子轰击速率的关系。在沉积过程中,从工作气体的外层中电离出外部电子(负电荷),会形成等离子体,从而在对应的分子上产生净正电荷(离子)。在适当条件下 通过在相关的溅射靶上施加负电压和电流,可以将带正电的离子引向溅射靶。这既不是热反应也不是化学反应,而是高能量的离子撞击靶表面上静态原子层的动量传递。结果是能量转移,通常足够的能量导致靶材料中的内部原子键断裂,并且产生原子和/或分子的级联,并以与对靶材施加的外部能量相关的速率脱离靶表面,该施加的外部的能量与电源有关,本质的结果是由于靶表面上原子键的断裂而发生放热反应,这导致靶表面上的一个原子层可测到一百万度的准度。

当然,该温度仅与目标表面上的单个原子层相关联,但无论如何,如果要继续进行溅射保证和等离子体沉积的持续,则需要消除该温度。向溅射靶提供电能以及通常是磁能的大多数阴极组件被设计成能向溅射靶提供水冷却以带走这种放热产生的热量。在所有情况下,这种水冷却都直接或间接地提供到的溅射靶的底部或背面。这就需要靶表面上产生的热量沿着靶的厚度方向传递到与阴极组件相关的水冷却通道。在高导电金属靶的情况下,这通常不是问题。但对于导电性较低的材料,结果可能是灾难性的。溅射过程中的散热是主要考虑因素。对于任何给定的规范配置、设计以及相关的物理原理都是明确且不可更改的。即,热力学原理是固定的,唯一可变的是溅射靶本身的组成。高导电性延展性材料(例如金)可以承受相对较高的沉积速率,因为在靶表面上的动量传递所产生的放热的热量可以很容易地通过厚度方向传递到与阴极组件相关的在靶的底部冷却水中。目标的底部。对于这些类型的材料,通常不需要将高导电性的背板粘结到靶上。无需深入研究靶表面的磁吸力的物理性质(我相信这已经在先前的BLOG中涵盖了),这样的情况,通常可以使用厚度不超过0.250英寸(6毫米)或更大的无粘结溅射靶。这里作一般性的声明。如果不注意沉积过程中水冷的不足,则在沉积过程中很容易熔化低熔点温度的靶材料(Hg,Cs,Ga,In,Se,Sn等)。

因此,靶粘合的问题通常与具有高导电性的易延展金属无关。相反,这里的问题是导电性差的脆性材料。这些可能是难熔金属,某些金属合金,陶瓷或复合材料。一切都归结到与靶材料的物理延展性或延展性有关的散热率或导热率。如果与原子键断裂相关的热量无法充分散发,则靶可能会破裂,剥落,蒸发,破碎,爆炸等。所有这些均不利于正常的沉积过程。在原子级别上,放置在一起的任何两个“平面”表面实际上仅有三个点接触。在放置溅射靶然后将其机械夹紧到阴极组件的水冷却中的情况下,必须通过这三个点来产生与沉积过程相关的所有热量和功率。这是一个非常低效的方案。一个非常高效的能耗散热量并使电流通过靶/阴极界面要求接触面为100%。

为了帮助促进沉积过程中的冷却,通常建议将导电性较低的脆性靶材粘结到导电性高的背板上。我们之前已经讨论了金属间结合的机理,因此这里仅需要阐明将高导电性背板粘合到导电率低得多的溅射靶材上的优点。在这种情况下,建议通过减小靶厚度来进一步提高导热性(以及电导率)。通常,建议使用0.125英寸(3毫米)厚的背板上粘合0.125英寸(3毫米)厚的溅射靶材,而不能试图耗散与键合相关的热量,用穿透较厚的导电性差的0.250英寸(6毫米)的材料。