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磁控溅射镀膜技术设备及实例分析 学院： 材料学院 姓名： 罗潇雨 学号： 1122810201 1．材料的表面工程简介 表面工程按对材料表面改性层的厚度分为：表面涂层技术、表面薄膜技术。表面薄膜技术中应用最广泛的是气相沉积技术。气相沉积包括:物理气相沉积 PVD(PhysicalVapor Deposition)、化学气相沉积 CVD(Chemical Vapor Deposition)、物理化学气相沉积 PCVD(Physical Chemical Vapor Deposition)。其中,物理气相沉积以沉积温度低、镀膜质量好、沉积率高、环境污染小、可镀材料种类繁多等优点成为当今最具发展潜力的薄膜沉积技术表面工程按对材料表面改性层的厚度分为:表面涂层技术、表面薄膜技术。表面薄膜技术中应用最广泛的是气相沉积技术。气相沉积包括:物理气相沉积 PVD(PhysicalVapor Deposition)、化学气相沉积 CVD(Chemical Vapor Deposition)、物理化学气相沉积 PCVD(Physical Chemical Vapor Deposition)。其中,物理气相沉积以沉积温度低、镀膜质量好、沉积率高、环境污染小、可镀材料种类繁多等优点成为当今最具发展潜力的薄膜沉积技术。 2．真空镀膜技术的简介 随着科学技术的迅速发展,真空技术、真空设备应用在许多领域,特别是在工业、医疗、航天航空、新能源、生物科技等方面。真空镀膜行业的高速发展使真空镀膜机对真空获得设备有了更高的要求,促进了真空获得设备的发展。物理气相沉积技术是指在真空条件下,采用物理的方式将所需要镀制的材料气化或电离,形成分子、原子、离子,这些离子通过不同的方式达到衬底的表面,并在衬底表面上堆积,形成一层具有特殊性能的薄膜材料的薄膜制备技术。真空系统是真空镀膜设备中不可或缺的重要组成部分。物理气相沉积技术的首要条件就是该技术的整个工艺过程都是在高真空中进行的,这包括物质的离化、溅射、沉积等过程。因此,为制得综合性能良好的薄膜材料,真空系统发挥着重要作用。气体的基本性质、真空的获得以及测量等方面的基础知识是了解真空镀膜技术的基础。真空镀膜机包括几个重要组成部分,分别是真空获得系统、冷却系统、加热系统、镀膜室、电源控制系统等。真空设备中的核心是真空机组,真空机组是为真空设备正常工作提供所需真空度,它的部件包括真空管道、真空阀门以及真空泵。良好的真空系统是制备高质量膜层的关键。因此,设计一套满足真空镀膜机要求的真空系统是一项重要任务。 3．磁控溅射离子镀技术 磁控溅射离子镀技术是 70 年代发展起来的一项薄膜沉积技术,是物理气相沉积技术中最具发展潜力的薄膜制备技术之一。它具有工作压力低、薄膜纯度高、沉积速度快、基材温升低,薄膜-基体结合力好,重复性好的,能大面积沉积均匀性较好的薄膜等优点。磁控溅射离子镀技术设计性强、所镀膜层质量好,可制备多纳米多层膜,比如 TiAlN多层膜。TiAlN 薄膜就是在 TiN 薄膜沉积时加入了 Al 元素,在沉积过程中 TiN 中的部分 Ti 原子被 Al 原子替代,从而得到具有 AlN 和 TiN 优点的 TiAlN 薄膜。TiAlN 涂层是一种较为新型的涂层材料。该涂层具有膜基结合力好、摩擦系数小、导热率低、膜层硬度高、高温抗氧化性好等优良特性,特别适用于不锈钢、高速切削高合金钢、钛合金、镍合金等材料。随着制造技术的高速发展,模具、发动机等行业对切削工具的性能提出了更高的要求,而高速、高温、耐腐蚀环境作业也给 TiAlN 和 TiAlN 基薄膜提供了广阔的应用空间。 磁控溅射离子镀设备 图1 如图1所示个元器件分别为1-阴极空心短管，2-空心阴极，3-辅助阴极，4-测厚装置，5-热电偶，6-流量计，7-收集极，8-样品，9-抑制栅极，10-抑制电压(2sv)，11-样品偏压，12-反应气体入口，13-水冷铜增涡，14-真空机组，15-偏转聚焦极，16-主电源。 Ag/Fe/Ag纳米薄膜层 随着磁记录存储密度的不断提高,由纳米尺度的铁磁金属颗粒如Fe、CO、Ni及其合金等构成的磁性颗粒膜引起了人们极大的注意,成为当前研究的热点。非磁性的母基包覆在磁性颗粒边界,减小了介质噪音,使颗粒膜的微结构和磁特性有了明显地改善[78]。为此我们在室温下利用对靶磁控溅射法,使Ag靶和Fe靶分层轮流溅射。我们固定Fe磁性层厚度为15nm,改变Ag覆盖层和衬底层的厚度。考虑到膜厚小于10nm时,一般呈岛状生长模式,所以我们选择Ag层厚度分别为1、2、3、4、snm,以便研究岛状生长的衬底层和覆盖