薄膜沉积丨磁控溅射技术原理及应用
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什么是磁控溅射？
磁控溅射是一种物理气相沉积（PVD）工艺，属于真空沉积工艺的一种。因其沉积温度低、薄膜质量好、均匀性好、沉积速度快、可制备大面积均匀、致密的硬质薄膜等诸多优点被广泛应用于工业镀膜中。
“磁控溅射”这个名称源于在磁控溅射沉积过程中使用磁场来控制带电离子粒子的行为。该过程需要一个高真空室来为溅射创造一个低压环境。首先将包含等离子体的气体（通常为氩气）进入腔室。在阴极和阳极之间施加高负电压以启动惰性气体的电离。来自等离子体的正氩离子与带负电的靶材碰撞。高能粒子的每次碰撞都会导致目标表面（靶）的原子喷射到真空环境中并推进到基板表面上。强磁场通过将电子限制在目标表面（靶）附近、增加沉积速率并防止离子轰击对基板的损坏来产生高等离子体密度。大多数材料都可以作为溅射工艺的靶材，因为磁控溅射系统不需要熔化或蒸发源材料。
磁控溅射的优点
磁控溅射优于其他薄膜沉积技术，因为它可以以极低的成本制备大量薄膜，并且非常适用于无法蒸发的高熔点材料，是一种可以形成非常致密且附着力良好的薄膜的技术。
- 环保
- 沉积速度快
- 材料全面覆盖
- 低温环境
- 薄膜纯度高、致密性好
- 高粘膜，薄膜与基底结合好
- 可在基材上同时溅射不同材料
- 方便实现工业化，可在大面积基底上获得均匀性很好的薄膜
磁控溅射的应用
- 各种功能性薄膜：具有吸收、透射、反射、折射、偏振等特殊功能的薄膜。例如，用于提高太阳能电池光电转换效率的低温沉积氮化硅增透膜。
- 外观装饰领域：全反射膜和半透明膜、手机壳、鼠标等。
- 微电子领域，可作为非热镀膜技术，主要用于化学气相沉积（CVD），以获得大面积均匀的薄膜。
- 光学领域：光学薄膜（如增透膜）、低辐射玻璃、透明导电玻璃等。
- 机械加工行业：表面功能膜、超硬膜、自润滑膜等表面沉积技术从一开始就得到了很大的发展。这些薄膜能有效提高涂层产品的表面硬度、复合韧性、耐磨性、高温化学稳定性和使用寿命。
- 磁控溅射除上述已被大量应用的领域，还在高温超导薄膜、铁电体薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜发光材料、太阳能电池、记忆合金薄膜研究方面发挥重要作用。
常见溅射材料
磁控溅射可加工材料：
ITO（氧化铟锡）、IGZO（氧化铟镓锌）SiO2（二氧化硅）、Mo（钼）、Ti（钛)、Al（铝）、Au（金）、Pt（铂）、Ag（银）、W（钨）、Cu（铜）、Co（钴）等各类金属薄膜，化合物材料。
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