濺射鍍膜是指在真空室中,利用荷能粒子轟擊靶表面,使靶材的原子或分子從表面發(fā)射出來,進(jìn)而在基片上沉積的技術(shù)。在濺射鍍鈦的實(shí)驗(yàn)中,電子、離子或中性粒子均可作為轟擊靶的荷能粒子,而由于離子在電場下易于加速并獲得較大動(dòng)能,所以一般是用Ar+作為轟擊粒子。
與傳統(tǒng)的蒸發(fā)鍍膜相比,濺射鍍膜可以在低溫、低損傷的條件下實(shí)現(xiàn)高速沉積、附著力較強(qiáng)、制取高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜,在大面積連續(xù)基板上可以制取均勻的膜層。濺射鍍膜被稱為可以在任何基板上沉積任何材料的薄膜技術(shù),因此應(yīng)用十分廣泛。
濺射鍍膜有很多種方式。按電極結(jié)構(gòu)、電極相對位置以及濺射的過程,可以分為二極濺射、三極或四極濺射、磁控濺射、對向靶濺射、和ECR濺射。除此之外還根據(jù)制作各種薄膜的要求改進(jìn)的濺射鍍膜技術(shù)。比較常用的有:
1、在Ar中混入反應(yīng)氣體如O2、N2、CH4、C2H2等,則可制得鈦的氧化物、氮化物、碳化物等化合物薄膜的反應(yīng)濺射。
2、在成膜的基板上施加直到500V的負(fù)電壓,使離子轟擊膜層的同時(shí)成膜,由此改善膜層致密性的偏壓濺射。
3、在射頻電壓下,利用電子和離子運(yùn)動(dòng)特征的不同,在靶表面感應(yīng)出負(fù)的直流脈沖,從而產(chǎn)生濺射的射頻濺射。這種技術(shù)最早由1965年IBM公司研制,對絕緣體也可以濺射鍍膜。
4、為了在更高的真空范圍內(nèi)提高濺射沉積速率,不是利用導(dǎo)入是氬氣,而是通過部分被濺射的原子(如Cu)自身變成離子,對靶產(chǎn)生濺射實(shí)現(xiàn)鍍膜的自濺射鍍膜技術(shù)。
5、在高真空下,利用離子源發(fā)出的離子束對靶濺射,實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的離子束濺射。
其中由二極濺射發(fā)展而來的磁控濺射技術(shù),解決了二極濺射鍍膜速度比蒸鍍慢得多、等離子體的離化率低和基片的熱效應(yīng)等明顯問題。磁控濺射是現(xiàn)在用于鈦膜材料的制備最為普遍的一種真空等離子體技術(shù),實(shí)現(xiàn)了在低溫、低損傷的條件下高速沉積。自2001年以來,廣大的科技研究者致力于這方面的研究,成果顯著。
在鋼材、鎳、鈾、金剛石表面鍍鈦金屬薄膜,大大提高了鋼材、鈾、金剛石等材料的耐腐蝕性能,使得使用領(lǐng)域更加廣泛;而鎂作為硬組織植入材料,在近年來投入臨床使用,當(dāng)在鎂表面鍍制一層鈦金屬薄膜,不僅加強(qiáng)了材料的耐蝕性,而且鈦生物體相容性好,比重小、毒性低、更易為人體所接受;在云母、硅片、玻璃等材料上鍍上鈦金屬薄膜,研究其對電磁波的反射、吸收、透射作用,對于高效太陽能吸收、電磁輻射、噪音屏蔽吸收和凈化等領(lǐng)域具有重要意義。
除此之外,磁控濺射作為一種非熱式鍍膜技術(shù),主要應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積(CVD)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的鈦薄膜沉積,可以獲得大面積非常均勻的薄膜。包括歐姆接觸Ti金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴(kuò)散勢壘層的TiN、TiO2等介質(zhì)薄膜沉積。
在現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)中,濺鍍包括Ti金屬、TiAl6V4合金、TiN、TiAlN、TiC、TiCN、TiAlOX、TiB2、等超硬材料,能有效的提高表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性能,從而大幅度地提高涂層產(chǎn)品的使用壽命,應(yīng)用越來越廣泛。
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