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超高真空磁控溅射薄膜外延系统

发布日期:2023-09-07 09:20:32浏览次数:409

磁控溅射的基本原理是利用电场和磁场使得气体被等离子体化,被加速的带电气体离子轰击靶材表面,经过能量交换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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在基础磁控溅射溅射的基础上,引入超高真空(优于5 x 10-9 mbar)和高温生长环境(高于800度),同时结合等离子体技术提高反应沉积的反应效率,从而实现磁控溅射薄膜外延,在此条件下制备的薄膜具有更优的晶格取向,晶体性质更为突出,在超导量子,自旋电子学,铁电材料,压电材料,热电材料等领域有着广泛的应用。磁控溅射技术又是可以大面积沉积的技术,相比于PLD有着更大的产业化潜力。

自主开发用于超高真空外延的磁控溅射靶枪,具有更加优越的冷却性能和聚气能力,可在5x10-4mbar的气压下稳定工作,这一超低气压完美拓展了等离子体源辅助沉积的沉积工艺区间,更有利于工艺开发。

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自主开发用于辅助反应溅射的射频等离子体源,兼容氧气氮气氩气工作气体,可实现氧化物氮化物反应沉积,对于化合物溅射外延有着非常关键的作用。

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离轴磁控溅射设计,可支持多靶枪离轴溅射,离轴溅射可大大降低等离子体对样品的轰击,提高外延薄膜品质,离轴工位也可以加配差分RHEED实现原位监控。

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多种加热样品台,可实现高温O2环境下的长时间工作。

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红外辐射式加热样品台接触式,800℃

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电阻加热样品台(接触式,900℃

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激光加热样品台(1100℃

紧凑设计超高真空样品传送,可定制样品存储功能,等离子体清洁功能等,以及离子束溅射功能。

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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(MgO, Al2O3, SiO2, HfO2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N2气氛中进行非平衡磁控溅射镀膜,可以在工件上镀覆CrCrNx 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TiNTiC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1015min,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%)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。

6. 制备超导薄膜

金属超导薄膜,NbNbNNbTiN等高品质薄膜的制备,超高真空环境起着非常重要的作用,全金属密封的系统可有效降低腔体内氧和水的含量。



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