薄膜形成丨マグネトロンスパッタリング技術の基礎と応用

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マグネトロンスパッタリングとは？

マグネトロンスパッタリングは、物理的気相成長（PVD）プロセスの一つで真空蒸着プロセスの一つ低い蒸着温度、良好な膜質、均一性、速い蒸着速度、均一で緻密な大面積の膜を作ることができることから、工業用コーティングに広く使用されています。成膜温度が低く、膜質が良く、均一で、成膜速度が速く、均一で緻密な硬質膜を広い面積で形成できるため、工業用コーティングに広く使用されています。

マグネトロンスパッタリング」という名称は、マグネトロンスパッタリング成膜プロセスにおいて、荷電イオン粒子の挙動を制御するために磁場を使用することに由来しています。このプロセスでは、スパッタリングに必要な低圧環境を作り出すために、高真空チャンバーが必要です。を置くことから始めます。プラズマを含むガス（通常はアルゴン）が入る。陰極と陽極の間に負の高電圧を印加し、不活性ガスのイオン化を開始させる。プラズマから出るプラスのアルゴンイオンは、マイナスに帯電したターゲットと衝突する。高エネルギー粒子の衝突のたびに、ターゲット表面（標的）から原子が真空環境中に放出され、基板表面に推進される。強力な磁場は、電子をターゲット表面（ターゲット）付近に閉じ込めることで高いプラズマ密度を生み出し、成膜速度を向上させ、イオンボンバードによる基材の損傷を防止します。マグネトロンスパッタリングシステムは、溶融や蒸発を必要としないため、ほとんどの材料をスパッタリングプロセスのターゲットとして使用することができるソース素材.

マグネトロンスパッタリングのメリット

マグネトロンスパッタリング他より優れている薄膜形成技術は、非常に安価に大量の膜を作成することができるため。また、蒸発させることができない高融点材料に非常に適しており、密着性の良い非常に緻密な膜を形成することができる技術である。

  • 環境保護
  • 成膜速度が速い
  • 包括的な教材カバー
  • 低温環境
  • 高いフィルム純度と緻密さ
  • 高粘度フィルム、フィルムと基板との接着性が良い。
  • 基板上の異種材料の同時スパッタリング
  • 工業化が容易で、大きな基板に非常に均質な膜を形成できる。

マグネトロンスパッタリングの応用例

  • 各種機能性フィルム：吸収、透過、反射、屈折、偏光など、特殊な機能を持つフィルム。例えば、太陽電池の光電変換効率を向上させるために用いられる低温蒸着窒化ケイ素透過率向上膜など。
  • 外装装飾分野：全面反射・半透明のフィルム、携帯電話ケース、マウスなど。
  • マイクロエレクトロニクス分野では、主にCVD（Chemical Vapour Deposition：化学気相成長法）において、均一で大きな膜を得るための非熱的コーティング技術として利用することができます。
  • 光学分野：光学フィルム（透明化フィルムなど）、低放射ガラス、透明導電ガラスなど。
  • 機械加工業界：表面機能膜、超硬質膜、自己潤滑膜などの表面成膜技術は、当初からかなり開発が進んでいる。これらの膜は、塗装製品の表面硬度、複合靭性、耐摩耗性、高温化学安定性、耐用年数の向上に有効である。
  • マグネトロンスパッタリングは、これまで多用されてきた上記の分野のほか、高温超伝導薄膜、強誘電体薄膜、巨大磁気抵抗効果薄膜、薄膜発光材料、太陽電池、メモリー合金薄膜などの研究において重要な役割を担っています。

一般的なスパッタリング材料

マグネトロンスパッタリングは材料を加工することができる：

ITO（酸化インジウムスズ）、IGZO（酸化インジウムガリウム亜鉛）、SiO2（二酸化ケイ素）、Mo（モリブデン）、Ti（チタン）、Al（アルミニウム）、Au（金）、Pt（白金）、Ag（銀）、W（タングステン）、Cu（銅）、Co（コバルト）などの金属薄膜、化合物材料。

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