真空镀膜技术的基本原理

真空镀膜技术的基本原理

真空镀膜技术是气相物理沉积的方法之一，也称为真空镀膜。在真空条件下，涂层材料被蒸发器加热升华，蒸发的颗粒直接流向基底，在基底表面沉积一层固体薄膜。

基本原则:

真空镀膜过程简单来说就是电子在电场的作用下加速到衬底的过程中与氩原子发生碰撞，大量的氩离子和电子被电离，电子飞向衬底。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，中性的靶材原子(或分子)沉积在基底上形成薄膜。

然而，在实际的辉光放电DC溅射系统中，很难在小于1.3Pa的条件下维持自持放电，因为在这种条件下没有足够的电离碰撞。因此，对于工作在小于1.3~2.7Pa气压下的溅射系统，改善电离碰撞尤为重要。改善电离碰撞的方法或者由附加的电子源提供，而不是由阴极发射的二次电子提供。使用高频放电装置或施加磁场来提高现有电子的电离效率。

事实上，真空镀膜中的二次电子在加速飞向基片时，在磁场洛伦兹力的影响下，被束缚在靠近靶面的等离子体区域。该区域等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面运动。电子的运动路径很长。在运动过程中，它们不断与氩原子碰撞，电离出大量氩离子轰击目标。经过多次碰撞，电子的能量逐渐降低，摆脱了磁力线的束缚，远离了目标。

真空镀膜是通过磁场约束来延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率，有效利用电子的能量。电子的目的地不仅是衬底，还有真空室的内壁和靶源的阳极，因为一般衬底与真空室和阳极处于同一电位。磁场和电场之间的相互作用(EXB漂移)使得单个电子轨迹在三维空间中螺旋运动，而不仅仅是围绕目标表面运动。