射頻磁控濺射

射頻磁控濺射是一種濺射鍍膜法，它對(duì)陰極濺射中電子使基片溫度上升過快的缺點(diǎn)加以改良，在被濺射的靶極（陽(yáng)極）與陰極之間加一個(gè)正交磁場(chǎng)和電場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向相互垂直。當(dāng)鍍膜室真空抽到設(shè)定值時(shí)，充入適量的氬氣，在陰極(柱狀靶或平面靶)和陽(yáng)極(鍍膜室壁)之間施加幾百伏電壓，便在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，氬氣被電離。在正交的電磁場(chǎng)的作用下，電子以擺線的方式沿著靶表面前進(jìn)，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一定空間內(nèi)，增加了同工作氣體分子的碰撞幾率，提高了電子的電離效率。電子經(jīng)過多次碰撞后，喪失了能量成為 “最終電子”進(jìn)入弱電場(chǎng)區(qū)，最后到達(dá)陽(yáng)極時(shí)已經(jīng)是低能電子，不再會(huì)使基片過熱。同時(shí)高密度等離子體被束縛在靶面附近，又不與基片接觸，將靶材表面原子濺射出來(lái)沉積在工件表面上形成薄膜。而基片又可免受等離子體的轟擊，因而基片溫度又可降低。更換不同材質(zhì)的靶和控制不同的濺射時(shí)間，便可以獲得不同材質(zhì)和不同厚度的薄膜。

射頻濺射的質(zhì)量受到預(yù)抽真空度、濺射時(shí)的氬氣壓強(qiáng)、濺射功率、濺射時(shí)間、襯底溫度等因素的影響，要想得到理想的濺射膜，必須優(yōu)化這些影響因素。納米薄膜的獲得主要通過兩種途徑：(1)在非晶薄膜晶的過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成；(2)在薄膜的成核生長(zhǎng)過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成，其中薄膜沉積條件的控制極為重要。在濺射過程中，采用高的濺射氣壓、低的濺射易于得到納米結(jié)構(gòu)的薄膜。

離子束濺射

以單離子束濺射為例，它由離子源、離子引出極和沉積室三大部分組成，在高真空或超高真空中濺射鍍膜法。利用直流電場(chǎng)使惰性氣體（通常為氬）發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電等離子體，電離產(chǎn)生的正離子和電子高速轟擊靶材，使靶材上的原子或分子濺射出來(lái)，然后沉積到基板上形成薄膜。在其離子源內(nèi)由惰性氣體產(chǎn)生的離子具有較高能量（通常為幾百至幾千eV），可以通過一套電氣系統(tǒng)來(lái)控制離子束的性能，從而改變離子轟擊靶材料產(chǎn)生不同的濺射效應(yīng)，使靶材料沉積到基片上形成納米材料。濺射法中的靶材無(wú)相變，化合物的成分不易發(fā)生變化；又由于濺射沉積到基片上的粒子能量比蒸發(fā)沉積高出幾十倍，所形成的納米材料附著力高。

離子束濺射沉積法除可以精確地控制離子束的能量、密度和入射角度來(lái)調(diào)整納米薄膜的微觀形成過程，濺射過程中的基片溫度較低外還有以下優(yōu)點(diǎn)：①可制備多種納米金屬，包括高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)金屬，而常規(guī)的熱蒸發(fā)只能適用于低熔點(diǎn)金屬；② 能制備多組元的化合物納米微粒，如Al52Ti48，Cu91Mn9及ZrO2等；③通過加大被濺射的陰極表面可提高納米微粒的獲得量。

濺射壓力傳感器制造工藝中兩種濺射法的對(duì)比分析

在高頻濺射中，被濺射材料以分子尺寸大小的粒子帶有一定能量連續(xù)不斷的穿過等離子體在基片上淀積薄膜，這樣，膜質(zhì)比熱蒸發(fā)淀積薄膜致密、附著力好。但是濺射粒子穿過等離子體區(qū)時(shí)，吸附等離子體中的氣體，淀積的薄膜受到等離子體內(nèi)雜質(zhì)污染和高溫不穩(wěn)定的熱動(dòng)態(tài)的影響，使薄膜產(chǎn)生更多的缺陷，降低了絕緣膜的強(qiáng)度，成品率低。此外，高頻濺射靶，既是產(chǎn)生等離子體的工作參數(shù)的一部分，又是產(chǎn)生濺射粒子的工藝參數(shù)的一部分，因此設(shè)備的工作參數(shù)和工藝參數(shù)互相制約，不能單獨(dú)各自調(diào)整，工藝掌握困難，操作復(fù)雜。

美國(guó)NASA中心的報(bào)告中評(píng)論了高頻濺射技術(shù)提高薄膜粘附性，同時(shí)也指出了薄膜生長(zhǎng)環(huán)境是在等離子區(qū)的惡劣環(huán)境中，薄膜缺陷的增加成為制備高頻絕緣性能薄膜和提高成品率的一個(gè)主要問題。

對(duì)于離子束濺射技術(shù)和設(shè)備而言，離子束是從離子源等離子體中，通過離子光學(xué)系統(tǒng)引出離子形成的，離子靶和基中置放在遠(yuǎn)離等離子體的高真空環(huán)境內(nèi)，離子束轟擊靶、靶材原子濺射出來(lái)，并在襯底基片上淀積成膜，沒有等離子體惡劣環(huán)境影響，徹底克服了高頻濺射技術(shù)和設(shè)備制備薄膜的缺陷。值得提出的是，離子束濺射被普遍認(rèn)為濺射出來(lái)的是一個(gè)和幾個(gè)原子，原子尺寸比分子尺寸小得多，可以形成分布更密，晶核更小的生長(zhǎng)薄膜，進(jìn)一步減少薄膜內(nèi)的空洞，針孔缺陷，提高附著力和增強(qiáng)薄膜的彈性。離子束濺射設(shè)備還有兩個(gè)功能是高頻濺射設(shè)備所不具有的，第一，在薄膜淀積之前，可以用輔助離子源產(chǎn)生的Ar+離子束對(duì)基片原位清洗，使基片達(dá)到原子級(jí)的清潔度，有利于薄膜層間的原子結(jié)合；利用這個(gè)離子束對(duì)正在淀積薄膜進(jìn)行轟擊，使薄膜內(nèi)的原子遷移率增加，晶核規(guī)則化；當(dāng)用氧離子或氮離子轟擊正在生長(zhǎng)的薄膜，它比用氣體分子更有效地形成化學(xué)計(jì)量比的氧化物，氮化物。第二，形成等離子體的工作參數(shù)和薄膜加工的工藝參數(shù)可以彼此獨(dú)立調(diào)整，不僅可以獲得設(shè)備工作狀態(tài)的最佳調(diào)整和最佳工藝的質(zhì)量控制，而且設(shè)備操作簡(jiǎn)單化，工藝容易掌握。

在薄膜的生長(zhǎng)過程中，基片的溫度對(duì)沉積原子在基片上的附著以及在其上移動(dòng)等都有很大影響，是決定薄膜結(jié)構(gòu)的重要條件。一般來(lái)說(shuō)，基片溫度越高，則吸附原子的動(dòng)能也越大，跨越表面勢(shì)壘的幾率增多，則需要形成核的臨界尺寸增大，越易引起薄膜內(nèi)部的凝聚，每個(gè)小島的形狀就越接近球形，容易結(jié)晶化，高溫沉積的薄膜易形成粗大的島狀組織。而在低溫時(shí)，形成核的數(shù)目增加，這將有利于形成晶粒小而連續(xù)的薄膜組織，而且還增強(qiáng)了薄膜的附著力，所以尋求實(shí)現(xiàn)薄膜的低溫沉積一直是研究的方向，而離子束濺射技術(shù)在這方面有著顯著優(yōu)點(diǎn)。

離子束濺射技術(shù)和設(shè)備的這些優(yōu)點(diǎn)，成為生產(chǎn)高性能薄膜傳感器如薄膜壓力傳感器的主導(dǎo)技術(shù)。使用離子束濺射技術(shù)制造高性能薄膜傳感器，是在不銹鋼彈性體濺射多層納米功能薄膜，包括絕緣膜、過度膜、敏感膜、引線膜等。由于采用了先進(jìn)的離子束濺射工藝及微機(jī)械加工技術(shù)，徹底消除了傳統(tǒng)的金屬箔式應(yīng)變計(jì)粘貼工藝帶來(lái)的蠕變、遲滯、老化缺陷的影響，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，工作溫度范圍寬，工作穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)；不銹鋼類的彈性膜片材料，介質(zhì)兼容性好，無(wú)隔離膜片，不用灌油充液。一體化的金屬全密封結(jié)構(gòu)，具優(yōu)良的抗環(huán)境震動(dòng)、耐壓力沖擊等優(yōu)良性能。澤天傳感整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留出處。