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UHV磁控溅射系统 — 超导薄膜应用

发布日期:2023-08-22 10:33:33浏览次数:409

磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下,被加速的高能粒子轰击靶材表面,能量交换后,靶材表面的原子脱离原晶格而逸出,转移到基体表面而成膜。

溅射镀膜是指在真空室中,利用荷能粒子轰击靶材表面,通过粒子动量传递打出靶材中的原子及其它粒子,并使其沉淀在基体上形成薄膜的技术。溅射镀膜技术具有可实现大面积快速沉积,薄膜与基体结合力好,溅射密度高、针孔少,膜层可控性和重复性好等优点,而且任何物质都可以进行溅射,因而近年来发展迅速,应用广泛。

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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,目前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

目前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

溅射法是目前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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