磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用

磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用一、本文概述磁控濺射技術(shù)是一種先進(jìn)的材料表面處理技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電子、光學(xué)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，磁控濺射技術(shù)也在不斷發(fā)展，其在材料制備、涂層制備、薄膜生長等方面的應(yīng)用日益廣泛。本文旨在概述磁控濺射技術(shù)的基本原理、發(fā)展歷程以及在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并探討其未來的發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)。我們將從磁控濺射技術(shù)的原理出發(fā)，詳細(xì)闡述其工作原理和技術(shù)特點，然后回顧其發(fā)展歷程和主要成就，接著介紹磁控濺射技術(shù)在各個領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例，最后展望其未來的發(fā)展趨勢和可能面臨的挑戰(zhàn)。通過本文的闡述，希望能夠為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者和工程師提供有益的參考，推動磁控濺射技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。二、磁控濺射技術(shù)的原理與特點磁控濺射技術(shù)是一種在真空環(huán)境下，利用磁場和電場共同作用下，使靶材表面原子或分子被電離并濺射到基材表面的物理氣相沉積技術(shù)。其基本原理是在濺射靶材前設(shè)置一個與電場正交的磁場，使得濺射出的粒子在電場和磁場的共同作用下，形成電子的擺線運動，從而增加電子與工作氣體的碰撞概率，提高氣體的離化率。被電離的離子在電場的作用下加速轟擊靶材，使靶材原子或分子濺射出來，并沉積在基材上形成薄膜。高沉積速率：由于磁場和電場的共同作用，電子的運動路徑被大大延長，從而提高了氣體離化率和濺射效率，使得沉積速率顯著提高。薄膜質(zhì)量高：由于濺射出的粒子具有較高的能量，可以使得沉積在基材上的原子或分子更好地擴(kuò)散和結(jié)合，從而得到更加均勻、致密、附著力強的薄膜。適用范圍廣：磁控濺射技術(shù)可以適用于多種靶材和基材，且可制備的薄膜種類繁多，包括金屬、氧化物、氮化物等。易于控制：磁控濺射過程中的各項參數(shù)，如濺射功率、氣體流量、磁場強度等，均可進(jìn)行精確控制，從而實現(xiàn)對薄膜成分、結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控。環(huán)保節(jié)能：磁控濺射過程在真空環(huán)境下進(jìn)行，無有害物質(zhì)排放，符合綠色環(huán)保理念。同時，其能量利用率高，設(shè)備運行成本低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。磁控濺射技術(shù)以其獨特的原理和特點，在材料制備、薄膜生長等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并持續(xù)推動著相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。三、磁控濺射技術(shù)的最新進(jìn)展近年來，磁控濺射技術(shù)作為一種重要的表面處理技術(shù)，在科研和工業(yè)領(lǐng)域都取得了顯著的進(jìn)展。隨著科技的快速發(fā)展，磁控濺射技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。在技術(shù)層面，磁控濺射技術(shù)的最新進(jìn)展主要體現(xiàn)在設(shè)備性能的提升和濺射過程的精確控制上。新型磁控濺射設(shè)備采用了更先進(jìn)的磁場設(shè)計和電源控制技術(shù)，使得濺射過程更加穩(wěn)定，濺射速率和濺射效率得到了顯著提高。同時，通過精確控制濺射參數(shù)，如濺射氣壓、濺射功率和濺射時間等，可以實現(xiàn)對濺射薄膜成分、結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控，從而滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求。在應(yīng)用方面，磁控濺射技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)、航空航天、新能源等多個領(lǐng)域。例如，在電子領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)被用于制造高性能的半導(dǎo)體材料和集成電路；在光學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)可用于制備高透過率、高反射率的光學(xué)薄膜；在航空航天領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)可用于制備高溫抗氧化涂層和耐磨涂層；在新能源領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)可用于制造太陽能電池和燃料電池的關(guān)鍵材料。隨著納米科技的興起，磁控濺射技術(shù)在納米材料制備和納米器件制造方面也展現(xiàn)出了巨大的潛力。通過精確控制濺射過程，可以制備出具有優(yōu)異性能的納米薄膜和納米顆粒，為納米科技的發(fā)展提供了有力支持。磁控濺射技術(shù)在技術(shù)層面和應(yīng)用層面都取得了顯著的進(jìn)展。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，磁控濺射技術(shù)將在未來發(fā)揮更加重要的作用。四、磁控濺射技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用磁控濺射技術(shù)，作為一種先進(jìn)的表面處理技術(shù)，在多個領(lǐng)域中都展現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。在微電子領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)被廣泛用于制造高質(zhì)量的薄膜電子元件。例如，在集成電路制造過程中，磁控濺射技術(shù)能夠精確控制薄膜的厚度和組成，從而制造出高性能的晶體管、電容器和電阻器等元件。磁控濺射還可以用于制造高導(dǎo)電性、高耐蝕性的金屬薄膜，為微電子器件的長期穩(wěn)定運行提供了保障。在光學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)為制造高質(zhì)量的光學(xué)薄膜提供了有力支持。利用磁控濺射，可以制備出高透光性、高反射性、高偏振性的光學(xué)薄膜，廣泛應(yīng)用于太陽能電池、顯示器、激光器、光學(xué)傳感器等光學(xué)器件中。在材料科學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)為新型材料的制備提供了新的途徑。通過控制濺射參數(shù)，可以在基材表面制備出具有特殊性能的功能薄膜，如超導(dǎo)薄膜、鐵電薄膜、磁性薄膜等。這些功能薄膜在材料科學(xué)研究中具有重要的應(yīng)用價值。在機(jī)械工程中，磁控濺射技術(shù)被用于提高機(jī)械零件的耐磨性、耐蝕性和美觀性。例如，在刀具、軸承等易磨損部件表面制備耐磨涂層，可以顯著提高這些部件的使用壽命。同時，利用磁控濺射技術(shù)還可以制備出具有裝飾性的薄膜，如金屬色彩的薄膜、多層結(jié)構(gòu)的薄膜等，為機(jī)械零件的美觀性提供了保障。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)也展現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢。通過制備生物相容性良好的薄膜材料，磁控濺射技術(shù)可以用于制造醫(yī)療器械、生物傳感器等生物醫(yī)學(xué)器件。磁控濺射還可以用于制備藥物載體、生物活性涂層等，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和手段。磁控濺射技術(shù)在微電子、光學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域中都展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。隨著科技的不斷進(jìn)步和磁控濺射技術(shù)的不斷優(yōu)化，相信它在未來會有更加廣闊的應(yīng)用空間。五、磁控濺射技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢磁控濺射技術(shù)，作為一種先進(jìn)的表面處理技術(shù)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)需求的日益提升，磁控濺射技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)，并呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢。面臨的挑戰(zhàn)主要來自于兩個方面。一是技術(shù)層面的挑戰(zhàn)，如濺射過程中的靶材利用率低、濺射速率不穩(wěn)定等問題，這些技術(shù)難題限制了磁控濺射技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。二是環(huán)境與安全方面的挑戰(zhàn)，濺射過程中可能產(chǎn)生的有害氣體和顆粒物對環(huán)境和操作人員的健康構(gòu)成威脅，如何實現(xiàn)綠色、環(huán)保的濺射過程是當(dāng)前亟待解決的問題。一是技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新。通過深入研究濺射過程的物理和化學(xué)機(jī)制，優(yōu)化濺射參數(shù)和靶材設(shè)計，提高濺射效率和靶材利用率，降低生產(chǎn)成本。同時，開發(fā)新型的濺射技術(shù)，如脈沖磁控濺射、激光輔助磁控濺射等，以進(jìn)一步拓展磁控濺射技術(shù)的應(yīng)用范圍。二是綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展。在濺射過程中引入環(huán)保措施，如使用環(huán)保型靶材、優(yōu)化濺射氣體組分、改進(jìn)廢氣處理技術(shù)等，以減少對環(huán)境的影響。同時，推動磁控濺射技術(shù)的循環(huán)利用和資源化利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。三是智能化與自動化。隨著人工智能和自動化技術(shù)的快速發(fā)展，將智能化和自動化技術(shù)引入磁控濺射過程中，實現(xiàn)濺射過程的自動監(jiān)控、智能調(diào)控和遠(yuǎn)程操作，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。四是跨學(xué)科融合與應(yīng)用拓展。磁控濺射技術(shù)作為一種表面處理技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過與材料科學(xué)、電子工程、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的深度融合，拓展磁控濺射技術(shù)在新能源、電子信息、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級和發(fā)展。磁控濺射技術(shù)雖然面臨著一些挑戰(zhàn)，但其獨特的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景使得這項技術(shù)仍然具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，磁控濺射技術(shù)有望在未來成為更多領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。六、結(jié)論隨著科技的不斷進(jìn)步，磁控濺射技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用拓展對現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在技術(shù)進(jìn)步方面，磁控濺射技術(shù)通過不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化，不僅提高了濺射效率，還降低了生產(chǎn)成本。新型磁控濺射設(shè)備的研發(fā)，如高功率脈沖磁控濺射、反應(yīng)磁控濺射等，為高精度、高質(zhì)量的材料制備提供了有力支持。磁控濺射技術(shù)在靶材利用率、涂層均勻性、薄膜性能調(diào)控等方面也取得了顯著突破。在應(yīng)用拓展方面，磁控濺射技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子信息、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、新能源等多個領(lǐng)域。在電子信息領(lǐng)域，磁控濺射制備的薄膜材料在集成電路、顯示器、傳感器等方面發(fā)揮著重要作用；在航空航天領(lǐng)域，該技術(shù)制備的耐高溫、耐腐蝕涂層為飛行器的長期穩(wěn)定運行提供了保障；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射技術(shù)制備的生物相容性材料為醫(yī)療器械的改進(jìn)和生物植入體的研發(fā)提供了可能；在新能源領(lǐng)域，該技術(shù)制備的高效光伏材料和儲能材料為可再生能源的發(fā)展提供了技術(shù)支持。展望未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，磁控濺射技術(shù)將繼續(xù)在材料科學(xué)、納米技術(shù)、生物技術(shù)等前沿領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。我們也應(yīng)看到，磁控濺射技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如設(shè)備成本、工藝穩(wěn)定性、環(huán)境友好性等方面的問題需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。我們相信，隨著科研工作者的不斷努力和創(chuàng)新，磁控濺射技術(shù)將不斷取得新的突破，為人類社會的科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。參考資料：磁控濺射技術(shù)是一種基于磁場控制下的濺射現(xiàn)象，從而實現(xiàn)材料表面處理和薄膜制備的重要技術(shù)。自20世紀(jì)80年代以來，隨著科技的不斷進(jìn)步，磁控濺射技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和深入的研究。本文將對磁控濺射技術(shù)的進(jìn)展、應(yīng)用及未來發(fā)展進(jìn)行簡要概述。在磁控濺射技術(shù)的發(fā)展歷程中，研究重點主要集中在如何提高薄膜的沉積速率、優(yōu)化薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和物理性能等方面。近年來，隨著新型材料和工藝的涌現(xiàn)，磁控濺射技術(shù)也取得了以下進(jìn)展：多元靶材的應(yīng)用：通過采用多元靶材，可以在單一工藝條件下制備出具有多元成分和多層結(jié)構(gòu)的薄膜，從而實現(xiàn)了材料表面處理的多樣化和功能化。磁場和電場的協(xié)同控制：通過引入電場，可以對磁場進(jìn)行協(xié)同控制，進(jìn)一步提高濺射產(chǎn)額和薄膜質(zhì)量。利用電場的控制還可以實現(xiàn)脈沖濺射、反應(yīng)濺射等多種新型濺射技術(shù)。低溫濺射和活性濺射：低溫濺射可以在較低的溫度下制備出高純度、高致密的薄膜；活性濺射可以利用活性氣體增強反應(yīng)程度，提高薄膜的化學(xué)性能。表面處理：利用磁控濺射技術(shù)可以改變材料表面的物理和化學(xué)性質(zhì)，如提高表面的硬度和耐磨性、增強表面的疏水性和防腐蝕能力等。電子器件制備：磁控濺射技術(shù)可以用于制備電子器件的薄膜電極、介質(zhì)層和導(dǎo)電層等，從而提高器件的性能和穩(wěn)定性。光學(xué)薄膜制備：利用磁控濺射技術(shù)可以制備出高質(zhì)量的光學(xué)薄膜，如增透膜、反射膜和濾光片等，廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、太陽能利用等領(lǐng)域。生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用：磁控濺射技術(shù)可以用于制備生物醫(yī)用材料，如生物活性涂層、人工骨和人工關(guān)節(jié)等，具有廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)境工程領(lǐng)域：利用磁控濺射技術(shù)可以去除環(huán)境中的有害物質(zhì)，如重金屬離子、有機(jī)污染物等，從而達(dá)到凈化水質(zhì)和空氣的目的。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷提高，磁控濺射技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間。未來研究重點將主要集中在以下幾個方面：新型靶材和工藝的開發(fā)：針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，開發(fā)出具有特殊性能的新型靶材和工藝，進(jìn)一步提高薄膜的綜合性能。智能化和自動化控制：實現(xiàn)磁控濺射技術(shù)的智能化和自動化控制，提高工藝的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本。多功能化和集成化：將磁控濺射技術(shù)與其他表面處理技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)多功能化和集成化處理，滿足復(fù)雜應(yīng)用需求。環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展：在應(yīng)用磁控濺射技術(shù)的過程中，應(yīng)注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，降低能耗和減少廢棄物排放，實現(xiàn)綠色制造。磁控濺射技術(shù)作為一種重要的表面處理和薄膜制備技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。未來需要不斷加強研究開發(fā)、優(yōu)化工藝和應(yīng)用拓展，為工業(yè)生產(chǎn)和科技進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。磁控濺射是物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，PVD）的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等多材料，且具有設(shè)備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優(yōu)點。上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的磁控濺射法更是實現(xiàn)了高速、低溫、低損傷。因為是在低氣壓下進(jìn)行高速濺射，必須有效地提高氣體的離化率。磁控濺射通過在靶陰極表面引入磁場，利用磁場對帶電粒子的約束來提高等離子體密度以增加濺射率。磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用，產(chǎn)生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠(yuǎn)離靶表面，并在電場E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復(fù)雜的散射過程，和靶原子碰撞，把部分動量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級聯(lián)過程。在這種級聯(lián)過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量，離開靶被濺射出來。磁控濺射包括很多種類。各有不同工作原理和應(yīng)用對象。但有一共同點：利用磁場與電場交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運行，從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。靶源分平衡式和非平衡式，平衡式靶源鍍膜均勻，非平衡式靶源鍍膜膜層和基體結(jié)合力強。平衡靶源多用于半導(dǎo)體光學(xué)膜，非平衡多用于磨損裝飾膜。磁控陰極按照磁場位形分布不同，大致可分為平衡態(tài)磁控陰極和非平衡態(tài)磁控陰極。平衡態(tài)磁控陰極內(nèi)外磁鋼的磁通量大致相等，兩極磁力線閉合于靶面，很好地將電子/等離子體約束在靶面附近，增加了碰撞幾率，提高了離化效率，因而在較低的工作氣壓和電壓下就能起輝并維持輝光放電，靶材利用率相對較高。但由于電子沿磁力線運動主要閉合于靶面，基片區(qū)域所受離子轟擊較小。非平衡磁控濺射技術(shù)，即讓磁控陰極外磁極磁通大于內(nèi)磁極，兩極磁力線在靶面不完全閉合，部分磁力線可沿靶的邊緣延伸到基片區(qū)域，從而部分電子可以沿著磁力線擴(kuò)展到基片，增加基片區(qū)域的等離子體密度和氣體電離率。不管平衡還是非平衡，若磁鐵靜止，其磁場特性決定了一般靶材利用率小于30%。為增大靶材利用率，可采用旋轉(zhuǎn)磁場。但旋轉(zhuǎn)磁場需要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，同時濺射速率要減小。旋轉(zhuǎn)磁場多用于大型或貴重靶，如半導(dǎo)體膜濺射。對于小型設(shè)備和一般工業(yè)設(shè)備，多用磁場靜止靶源。用磁控靶源濺射金屬和合金很容易，點火和濺射很方便。這是因為靶（陰極），等離子體和被濺零件/真空腔體可形成回路。但若濺射絕緣體（如陶瓷），則回路斷了。于是人們采用高頻電源，回路中加入很強的電容，這樣在絕緣回路中靶材成了一個電容。但高頻磁控濺射電源昂貴，濺射速率很小，同時接地技術(shù)很復(fù)雜，因而難大規(guī)模采用。為解決此問題，發(fā)明了磁控反應(yīng)濺射。就是用金屬靶，加入氬氣和反應(yīng)氣體如氮氣或氧氣。當(dāng)金屬靶材撞向零件時由于能量轉(zhuǎn)化，與反應(yīng)氣體化合生成氮化物或氧化物。磁控反應(yīng)濺射絕緣體看似容易，而實際操作困難。主要問題是反應(yīng)不光發(fā)生在零件表面，也發(fā)生在陽極，真空腔體表面以及靶源表面，從而引起滅火，靶源和工件表面起弧等。德國萊寶發(fā)明的孿生靶源技術(shù)，很好的解決了這個問題。其原理是一對靶源互相為陰陽極，從而消除陽極表面氧化或氮化。冷卻是一切源（磁控，多弧，離子）所必需，因為能量很大一部分轉(zhuǎn)為熱量，若無冷卻或冷卻不足，這種熱量將使靶源溫度達(dá)一千度以上從而溶化整個靶源。直流濺射法要求靶材能夠?qū)碾x子轟擊過程中得到的正電荷傳遞給與其緊密接觸的陰極，從而該方法只能濺射導(dǎo)體材料，不適于絕緣材料。因為轟擊絕緣靶材時，表面的離子電荷無法中和，這將導(dǎo)致靶面電位升高，外加電壓幾乎都加在靶上，兩極間的離子加速與電離的機(jī)會將變小，甚至不能電離，導(dǎo)致不能連續(xù)放電甚至放電停止，濺射停止。故對于絕緣靶材或?qū)щ娦院懿畹姆墙饘侔胁模氂蒙漕l濺射法（RF）。濺射過程中涉及到復(fù)雜的散射過程和多種能量傳遞過程：入射粒子與靶材原子發(fā)生彈性碰撞，入射粒子的一部分動能會傳給靶材原子；某些靶材原子的動能超過由其周圍存在的其它原子所形成的勢壘（對于金屬是5-10eV），從而從晶格點陣中被碰撞出來，產(chǎn)生離位原子；這些離位原子進(jìn)一步和附近的原子依次反復(fù)碰撞，產(chǎn)生碰撞級聯(lián)；當(dāng)這種碰撞級聯(lián)到達(dá)靶材表面時，如果靠近靶材表面的原子的動能大于表面結(jié)合能（對于金屬是1-6eV），這些原子就會從靶材表面脫離從而進(jìn)入真空。濺射鍍膜就是在真空中利用荷能粒子轟擊靶表面，使被轟擊出的粒子沉積在基片上的技術(shù)。通常，利用低壓惰性氣體輝光放電來產(chǎn)生入射離子。陰極靶由鍍膜材料制成，基片作為陽極，真空室中通入1-10Pa的氬氣或其它惰性氣體，在陰極（靶）1-3KV直流負(fù)高壓或56MHz的射頻電壓作用下產(chǎn)生輝光放電。電離出的氬離子轟擊靶表面，使得靶原子濺出并沉積在基片上，形成薄膜。濺射方法很多，主要有二級濺射、三級或四級濺射、磁控濺射、對靶濺射、射頻濺射、偏壓濺射、非對稱交流射頻濺射、離子束濺射以及反應(yīng)濺射等。由于被濺射原子是與具有數(shù)十電子伏特能量的正離子交換動能后飛濺出來的，因而濺射出來的原子能量高，有利于提高沉積時原子的擴(kuò)散能力，提高沉積組織的致密程度，使制出的薄膜與基片具有強的附著力。濺射時，氣體被電離之后，氣體離子在電場作用下飛向接陰極的靶材，電子則飛向接地的壁腔和基片。這樣在低電壓和低氣壓下，產(chǎn)生的離子數(shù)目少，靶材濺射效率低；而在高電壓和高氣壓下，盡管可以產(chǎn)生較多的離子，但飛向基片的電子攜帶的能量高，容易使基片發(fā)熱甚至發(fā)生二次濺射，影響制膜質(zhì)量。另外，靶材原子在飛向基片的過程中與氣體分子的碰撞幾率也大為增加，因而被散射到整個腔體，既會造成靶材浪費，又會在制備多層膜時造成各層的污染。為了解決陰極濺射的缺陷，人們在20世紀(jì)70年代開發(fā)出了直流磁控濺射技術(shù)，它有效地克服了陰極濺射速率低和電子使基片溫度升高的弱點，因而獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。其原理是：在磁控濺射中，由于運動電子在磁場中受到洛侖茲力，它們的運動軌跡會發(fā)生彎曲甚至產(chǎn)生螺旋運動，其運動路徑變長，因而增加了與工作氣體分子碰撞的次數(shù)，使等離子體密度增大，從而磁控濺射速率得到很大的提高，而且可以在較低的濺射電壓和氣壓下工作，降低薄膜污染的傾向；另一方面也提高了入射到襯底表面的原子的能量，因而可以在很大程度上改善薄膜的質(zhì)量。同時，經(jīng)過多次碰撞而喪失能量的電子到達(dá)陽極時，已變成低能電子，從而不會使基片過熱。因此磁控濺射法具有“高速”、“低溫”的優(yōu)點。該方法的缺點是不能制備絕緣體膜，而且磁控電極中采用的不均勻磁場會使靶材產(chǎn)生顯著的不均勻刻蝕，導(dǎo)致靶材利用率低，一般僅為20%-30%。（1）各種功能性薄膜：如具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的薄膜。例如，低溫沉積氮化硅減反射膜，以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。（2）裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用，如各種全反射膜及半透明膜等，如手機(jī)外殼，鼠標(biāo)等。（3）在微電子領(lǐng)域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)（4）化學(xué)氣相沉積（CVD）生長困難及不適用的材料薄膜沉積，而且可以獲得大面積非常均勻的薄膜。（5）在光學(xué)領(lǐng)域：中頻閉合場非平衡磁控濺射技術(shù)也已在光學(xué)薄膜（如增透膜）、低輻射玻璃和透明導(dǎo)電玻璃等方面得到應(yīng)用。特別是透明導(dǎo)電玻璃廣泛應(yīng)用于平板顯示器件、太陽能電池、微波與射頻屏蔽裝置與器件、傳感器等。（6）在機(jī)械加工行業(yè)中，表面功能膜、超硬膜，自潤滑薄膜的表面沉積技術(shù)自問世以來得到長足發(fā)展，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。磁控濺射除上述已被大量應(yīng)用的領(lǐng)域，還在高溫超導(dǎo)薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽能電池、記憶合金薄膜研究方面發(fā)揮重要作用。磁控濺射鍍膜技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，最初是為了滿足空間電子器件對抗輻射損傷的需求。隨著科技的發(fā)展，磁控濺射鍍膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，然而也存在一些問題，如薄膜應(yīng)力大、耐磨性差等，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。磁控濺射鍍膜技術(shù)的基本原理是利用磁場控制下的電場放電，使靶材表面上的原子或分子被激發(fā)后沉積到基材表面，形成一層薄膜。具體工藝過程包括：真空泵抽氣、加熱靶材、加磁場、加電場、濺射沉積等步驟。該技術(shù)的特點在于沉積速度快、薄膜質(zhì)量高、適用范圍廣等。磁控濺射鍍膜技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用主要是在太陽能電池上制備減反射膜和抗反射膜。在光學(xué)領(lǐng)域，磁控濺射鍍膜技術(shù)可以用來制備各種光學(xué)薄膜，如增透膜、反射膜、濾光片等。在電子領(lǐng)域，磁控濺射鍍膜技術(shù)可以用來制備各種電子薄膜，如半導(dǎo)體薄膜、絕緣薄膜、導(dǎo)電薄膜等。未來，磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是進(jìn)一步完善磁控濺射鍍膜技術(shù)的工藝參數(shù)，提高薄膜的質(zhì)量和性能；二是研究磁控濺射鍍膜技術(shù)在新型材料制備中的應(yīng)用，如納米材料、石墨烯等；三是探索磁控濺射鍍膜技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理等領(lǐng)域的應(yīng)用可能性。磁控