Sputtering Coating
Med sine unikke fordele og brede anvendelighed er sputterbelægning blevet anvendt i vid udstrækning inden for mange områder. Fra præcis metalledningsføring i mikroelektroniske enheder til højtydende belægninger på optiske komponenter; fra højtemperaturbeskyttende lag inden for luftfart til dekorative belægninger på daglige fornødenheder, er sputterbelægningsteknologi overalt og har en dybtgående indflydelse på videnskabens og teknologiens fremskridt.
Wstitanium værksted
Vores kraftfulde faciliteter
Alt du bør vide om sputteringbelægning
Med den hurtige udvikling inden for videnskab og teknologi stiger kravene til materialers ydeevne dag for dag, og sputterbelægningsteknologien innoverer og forbedres også konstant. Nye sputtermetoder dukker konstant op. Mulighederne for belægningsmaterialer er flere og mere varierede. Nøjagtigheden og stabiliteten af den tekniske kontrol er blevet betydeligt forbedret. Dette gør det muligt for sputterbelægning ikke kun at opfylde behovene i traditionelle felter, men også at levere vigtige tyndfilmsforberedelsesløsninger til nye teknologiske felter som kvanteberegning, fleksibel elektronik, biomedicinsk teknik osv.
Sputteringbelægning er en fysisk dampaflejringsteknologi (PVD). Dens grundlæggende princip er at bombardere måloverfladen med højenergiioner (normalt argonioner Ar⁺) i et vakuummiljø, så målatomerne får nok energi til at overvinde overfladens bindingskraft og undslippe. Disse undslippede atomer aflejres på substratoverfladen og danner gradvist en tynd film. Denne proces involverer komplekse fysiske fænomener, herunder iongenerering, ionacceleration, momentumoverførsel og atomaflejring.
Sputtering Arbejdsmekanisme
Iongenerering og accelerationInert gas (såsom argon) indføres i vakuumkammeret, og gassen ioniseres ved at påføre et elektrisk felt (normalt ved hjælp af glødeudladning) for at generere plasma, som indeholder et stort antal argonioner og frie elektroner. Argonioner accelereres under påvirkning af det elektriske felt og opnår højere kinetisk energi. For eksempel påføres en DC-spænding i en DC-sputteringsenhed mellem målet (katoden) og anoden for at danne et elektrisk felt, som accelererer argonionerne til at flyve mod målet.
Momentumoverførsel og atomsputteringNår argonioner med høj kinetisk energi bombarderer måloverfladen, kolliderer de elastisk eller uelastisk med målatomerne og overfører deres egen kinetiske energi til målatomerne. Når den energi, der opnås af målatomerne, overstiger deres bindingsenergi i gitteret, vil de sprutte ud fra måloverfladen. Ved elastiske kollisioner kolliderer ioner direkte med målatomerne og overfører kinetisk energi øjeblikkeligt; ved uelastiske kollisioner anvendes flere energiudvekslinger for gradvist at give målatomerne mulighed for at opnå tilstrækkelig energi og sprutte.
Atomaflejring og filmvækstDe atomer, der forstøves fra målet, transporteres i et vakuumkammer i gasform og aflejres på substratoverfladen. Disse atomer adsorberer og diffunderer på substratoverfladen og danner gradvist atomklynger. Efterhånden som antallet af aflejrede atomer stiger, fortsætter klyngerne med at vokse og forbinde sig med hinanden og danner til sidst en kontinuerlig film. Filmens vækstproces påvirkes af mange faktorer, såsom atomernes aflejringshastighed, substrattemperaturen og atomernes diffusionsevne på substratoverfladen.
Sputtering vs. fordampning
Fordampning er processen med at fordampe belægningsmaterialet ved opvarmning, hvorefter dampen kondenserer på substratoverfladen og danne en film. Sammenlignet med sputtering har fordampning normalt en højere aflejringshastighed, men dårligere dækning af kompleksformede substrater. Fordi bevægelsesretningen for de fordampede atomer hovedsageligt er lige, er det vanskeligt at dække alle dele af substratet jævnt. Derudover har fordampning begrænset selektivitet for materialer, og nogle materialer med højt smeltepunkt er vanskelige at belægge. Sputtering kan udføres ved en lavere temperatur og er egnet til temperaturfølsomme substratmaterialer. De sputterede partikler har højere energi og kan interagere stærkt med substratoverfladen, således at filmen har god vedhæftning til substratet.
Sputtering vs. CVD
CVD Bruger gasformige kemikalier til at reagere kemisk under høj temperatur og katalysatorer til at generere faste stoffer og aflejre dem på substratoverfladen for at danne tynde film. CVD kan producere film af høj kvalitet og kan præcist kontrollere filmens kemiske sammensætning og krystalstruktur. CVD kræver dog normalt et miljø med høj temperatur, hvilket kan beskadige substratmaterialet og introducere urenheder under reaktionsprocessen. Sputteringbelægning kræver ikke kemiske reaktioner ved høj temperatur, hvilket undgår problemer forårsaget af høj temperatur og kemiske reaktioner. Det kan opnå belægning af næsten alle faste materialer, og udstyret er relativt simpelt og omkostningerne er lave.
Historien om sputteringbelægning
Udviklingen af sputteringsbelægningsteknologi er en historie med videnskabelige og teknologiske fremskridt fuld af innovation og gennembrud. Dens oprindelse kan spores tilbage til det 19. århundrede. I 1852 observerede den tyske fysiker William Grove sputteringsfænomenet for første gang. Da han udførte et gasudladningseksperiment, fandt han ud af, at når ioner bombarderede overfladen af en metalelektrode, ville metalatomer løsne sig fra elektrodeoverfladen og aflejres på de omgivende objekter. Denne tilfældige opdagelse lagde grundlaget for sputteringsbelægningsteknologiens fødsel.
Tidlig udviklingsfase
I årtierne efter at Grove opdagede sputterfænomenet, udførte forskere dybdegående forskning i de grundlæggende principper og karakteristika for sputtering. I 1902 studerede den tyske videnskabsmand Eugen Goldstein sputteringprocessen yderligere og afslørede forholdet mellem emissionsmekanismen fra sputteratomer og faktorer som ionenergi og målmateriale. Disse tidlige studier gav et teoretisk grundlag for den praktiske anvendelse af sputteringsbelægningsteknologi, men på grund af de tekniske begrænsninger på det tidspunkt kunne sputteringsbelægning ikke opnås i storskala industriel produktion.
Teknologiske gennembrud
I midten af det 20. århundrede, med udviklingen af vakuumteknologi, kraftteknologi og materialevidenskab, har sputteringsteknologien gjort store gennembrud. Fremkomsten af RF-sputteringsteknologi har løst problemet med sputteringsbelægning af isoleringsmaterialer, hvilket har udvidet anvendelsesområdet for sputteringsteknologien betydeligt. RF-sputtering bruger det alternerende elektriske felt genereret af RF-strømforsyningen til at ionisere gassen og dermed realisere sputtering af isolerende målmaterialer. Denne teknologi har været meget anvendt inden for områder som integrerede kredsløb.
Moderne udviklingstendens
I det 21. århundrede, med den kontinuerlige udvikling inden for videnskab og teknologi, har sputteringbelægningsteknologien fortsat gjort fremskridt med hensyn til at forbedre belægningskvaliteten, reducere omkostninger og udvide anvendelsesområder. Nye sputteringsteknologier såsom pulseret DC-sputtering og højtydende pulseret magnetronsputtering (HiPIMS) fortsætter med at dukke op. Pulseret DC-sputtering reducerer dannelsen af et isolerende lag på overfladen af målmaterialet ved at overlejre højfrekvente pulser på DC-spændingen, hvilket lindrer fænomenet med forgiftning af målmaterialet og forbedrer belægningens stabilitet og kvalitet. HiPIMS kan generere plasma med en høj ioniseringshastighed og fremstille tyndfilm med fremragende ydeevne, hvilket viser et stort anvendelsespotentiale i avancerede optiske film, superhårde belægninger og andre felter.
Sputteringbelægningstype
DC-sputtering er en teknologi, der bruger ioner genereret af DC-glødudladning til at bombardere målmaterialet til sputterbelægning. DC-sputtering er relativt billig og velegnet til ensartet belægning over store områder. Det har dog også nogle begrænsninger. Da DC-sputtering kræver, at målmaterialet har god ledningsevne, kan det kun bruges til belægning af ledende materialer og kan ikke bruges til isoleringsmaterialer.
RF sputtering
RF-sputtering er en teknologi, der bruger positive ioner i RF-udladningsplasma til at bombardere målmaterialet, sputtere målatomer ud og aflejre dem på overfladen af et jordforbundet substrat. RF-sputtering kan bruges til at aflejre tynde film af næsten ethvert fast materiale, herunder ledere, halvledere og isolatorer. De tynde film, der opnås, er tætte, af høj renhed og fastgjort til substratet.
Ionstråleforstøvning
Ionstrålesputtering er en teknologi, der bruger en uafhængig ionkilde til at generere en højenergisk ionstråle, der direkte bombarderer måloverfladen, så målatomerne sputteres ud og aflejres på substratet for at danne en tynd film. Ionkilden bruger normalt en Kaufman-ionkilde eller en radiofrekvens-ionkilde til at accelerere ionerne til en højere energi.
Reaktiv sputtering
Reaktiv sputtering er en teknologi, hvor reaktive gasser (såsom ilt, nitrogen, metan osv.) introduceres i vakuumkammeret under sputteringprocessen for at reagere kemisk med de sputterede målatomer og danne en sammensat film på substratoverfladen. Reaktiv sputtering anvendes i vid udstrækning til fremstilling af forskellige sammensatte film, såsom oxider, nitrider, karbider osv.
Magnetronforstøvning
Magnetronsputtering er en teknologi, der etablerer et magnetfelt på katodens måloverflade, bruger det til at kontrollere bevægelsen af sekundære elektroner, forlænger deres opholdstid nær måloverfladen, øger sandsynligheden for kollision med gassen og dermed øger plasmadensiteten. Det kan udføres ved et lavere arbejdstryk.
Puls DC-sputtering
Puls DC-sputtering går ud på at overlejre højfrekvente pulser baseret på DC-spænding. Strømforsyningen udsender periodisk pulssignaler, samtidig med at den leverer en stabil DC-udgang for at reducere målforgiftning. Puls DC-sputtering er velegnet til reaktive sputterprocesser og kan effektivt forbedre stabiliteten af belægningsprocessen og filmens kvalitet. Det reducerer urenheder og defekter i filmen.
Sputterudbytte
Sputterudbytte, også kendt som sputterkoefficient, refererer til det gennemsnitlige antal målatomer, der sputteres fra måloverfladen af hver indfaldende ion under sputteringsprocessen, normalt repræsenteret af Y. Det er en vigtig parameter til måling af effektiviteten af sputterbelægningen, hvilket direkte påvirker aflejringshastigheden og filmens fremstillingsomkostninger. Energien af de sputterede atomer varierer meget, og normalt overstiger den kinetiske energi af disse atomer ti elektronvolt (normalt 600 eV). Omkring en procent af ionerne rammer måloverfladen med ballistisk stød og vender tilbage til substratet, hvilket resulterer i gensputtering. Størrelsen af sputterudbyttet afhænger af mange faktorer, herunder energien og typen af de indfaldende ioner, målets egenskaber (såsom atommasse, krystalstruktur, bindingsenergi osv.) og arbejdsforholdene under sputtering (såsom gastryk, temperatur osv.).
Tabel 1. Sputterudbytte af forskellige materialer for 600 eV ionenergi
Valget af sputtermaterialer, som kerneelementet i magnetronsputtering, bestemmer direkte filmens egenskaber og anvendelsesområde. Forskellige sputtermaterialer kan på grund af deres unikke fysiske, kemiske og elektriske egenskaber producere film med forskellige funktioner og karakteristika. For eksempel bruges metalmaterialer ofte til at fremstille ledende film, dekorative metalfilm og slidstærke belægninger i elektroniske enheder på grund af deres gode ledningsevne, høje sputterhastighed og fremragende mekaniske egenskaber; legeringsmaterialer kan opnå film med særlige egenskaber ved intelligent at justere andelen af forskellige metalelementer, såsom høj styrke, høj korrosionsbestandighed eller særlige elektriske og magnetiske egenskaber, og de anvendes i vid udstrækning inden for avancerede områder som luftfart og bilproduktion; keramiske materialer, med deres høje hårdhed, høje temperaturbestandighed og stærke kemiske stabilitet, klarer sig godt i fremstillingen af optiske film, isolerende film og beskyttende belægninger, hvilket giver stærk støtte til forbedring af ydeevnen af optiske instrumenter og elektronisk udstyr.
Aluminium (Al) Sputtering Target
Aluminium er et meget anvendt metalmateriale til sputtering. Det har lav densitet og god elektrisk ledningsevne. Dens densitet er omkring 2.7 g/cm³, og dens ledningsevne ved stuetemperatur kan nå 3.77 × 10⁷S/m. Inden for elektroniske apparater bruges aluminium ofte til at fremstille metalledninger i integrerede kredsløb. Aluminiumfilm bruges i vid udstrækning i optiske instrumenter såsom teleskoper og mikroskoper.
Kobber (Cu) sputteringmål
Kobber har fremragende elektrisk ledningsevne med en elektrisk ledningsevne på op til 5.96 × 10⁷S/m. I ultrastorskala integrerede kredsløb har kobber gradvist erstattet aluminium som det almindelige metalledningsmateriale på grund af dets lave modstandsegenskaber. Kobber har også god varmeledningsevne og god elektrisk ledningsevne og afskærmer effektivt elektromagnetisk interferens.
Titanium (Ti) sputteringmål
Titanium har et højt smeltepunkt (1668 ℃) og gode mekaniske egenskaber. Dens densitet er 4.506 g/cm³, hvilket betyder, at forholdet mellem styrke og densitet er stort. Sputtering af titanfilm kan forbedre slidstyrken, korrosionsbestandigheden og højtemperaturbestandigheden af dele. Titanium har også fremragende biokompatibilitet. Titanfilm kan også bruges til korrosionsbeskyttende belægninger.
Wolfram (W) sputteringsmål
Wolfram har et ekstremt højt smeltepunkt på 3422 ℃, et af de højeste smeltepunkter af alle metaller. Dette giver det fremragende stabilitet i miljøer med høje temperaturer. Sputteret wolframfilm kan bruges som en beskyttende belægning ved høje temperaturer. Sputteret wolframfilm kan bruges til at belægge værktøj for at forbedre skæreevnen og værktøjets levetid.
Molybdæn (Mo) sputteringmål
Molybdæn har god ydeevne ved høje temperaturer og kan stadig opretholde høj styrke og stabilitet ved høje temperaturer. Molybdæn er et af de vigtige materialer til fremstilling af tyndfilmstransistorer (TFT'er). Sputteret molybdænfilm bruges som elektrode- og ledningsmateriale til TFT'er. Inden for solceller bruges molybdænfilm som bagelektrodemateriale.
Krom (Cr) sputteringsmål
Krom har en høj hårdhed, en Mohs-hårdhed på omkring 9, og god slidstyrke. Sputtering af kromfilm forbedrer overfladehårdheden og slidstyrken af delene betydeligt. Krom har også god korrosionsbestandighed og kan forblive stabilt i en række forskellige kemiske miljøer. Kromfilm har et lyst metallisk udseende og bruges ofte til overfladedekoration.
Platin (Pt) sputteringsmål
Platin har ekstremt høj kemisk stabilitet og katalytisk aktivitet. Inden for brændselsceller er platinkatalysatorer et af kernematerialerne i protonudvekslingsmembranbrændselsceller (PEMFC). Inden for elektroniske apparater bruges platin ofte til at fremstille avancerede elektroniske komponenter, såsom elektroder og modstande i integrerede kredsløb.
Zink (Zn) sputteringmål
Zink har god korrosionsbestandighed. Sputtering af zinkfilm på overfladen af stål for at danne et galvaniseret lag er en almindelig metode til korrosionsbeskyttelse af stål. Det er meget anvendt i byggeri, biler, broer og andre områder. Zink er det negative elektrodemateriale i almindelige batterier såsom zink-mangan-batterier og zink-luft-batterier. Zinkfilm bruges også inden for dekoration.
Rhodium (Rh) sputteringsmål
Rhodium har gode katalytiske og antioxidante egenskaber. Mange vigtige kemiske reaktioner (såsom hydrogenerings- og dehydrogeneringsreaktioner i organisk syntese) kræver deltagelse af rhodiumkatalysatorer. Ved at forstøve rhodiumfilm på overfladen af katalysatorbæreren kan dispersionen og den katalytiske aktivitet af rhodium forbedres, og den kemiske reaktion kan fremmes.
Nikkel (Ni) sputteringsmål
Nikkel har god korrosionsbestandighed og kan forblive stabilt i mange kemiske medier og korroderes ikke let. Nikkelfilm kan bruges til at forbedre komponenternes mekaniske styrke og pålidelighed, og dens gode ledningsevne hjælper også med transmissionen af elektroniske signaler. Nikkelbaserede legeringsfilm anvendes i vid udstrækning i fremstillingen af lagringsmedier såsom harddiske og magnetbånd.
Sølv (Ag) sputteringsmål
Sølv har den højeste ledningsevne blandt alle metaller med en elektrisk ledningsevne på 6.30 × 10⁷S/m. Sølvfilm har en meget høj reflektionsevne i det synlige og nær-infrarøde bånd og bruges i vid udstrækning til at fremstille reflektorer af høj kvalitet. Sølv har også gode antibakterielle egenskaber, hvilket gør det unikt anvendt inden for biomedicin og fødevareemballage. Sølvs kemiske stabilitet er dog relativt dårlig.
Guld (Au) Sputtering Target
Guld har ekstremt høj kemisk stabilitet, reagerer næsten ikke kemisk med andre stoffer og kan opretholde god ydeevne i forskellige barske miljøer. Dets gode ledningsevne og oxidationsmodstand gør det til et ideelt belægningsmateriale til nøgledele i elektroniske apparater. I smykkeindustrien kan forstøvning af guldfilm opnå en guldlignende dekorativ effekt på overfladen af andre metaller eller materialer.
Tantal (Ta) sputteringmål
Tantal har fremragende kemisk stabilitet og udviser god korrosionsbestandighed i de fleste kemiske medier, især i stærkt korrosive syre- og alkalimiljøer. Sputteret tantalfilm kan give pålidelig korrosionsbeskyttelse. Tantal har også god biokompatibilitet. Sputteret tantalfilm bruges også til at fremstille elektrodematerialer til tantalkondensatorer.
Niobium (Nb) sputteringsmål
Sputtering af niobiumfilm kan bruges til at fremstille superledende tyndfilm til fremstilling af superledende kvanteinterferensenheder (SQUID'er), superledende filtre osv. Disse enheder spiller en nøglerolle i biomedicinsk detektion, kommunikation, kvanteberegning osv. Niobiums korrosionsbestandighed gør det til et korrosionsbestandigt belægningsmateriale.
Palladium (Pd) sputteringsmål
Palladium har gode katalytiske egenskaber og bruges som katalysator. Sputtering af palladiumfilm på overfladen af bærermaterialet øger palladiums overfladeareal og forbedrer den katalytiske aktivitet. Palladium bruges ofte til at fremstille elektroder og forbindelsesmaterialer til elektroniske komponenter. Sputtering af palladiumfilm opnår dekorative effekter på andre metaloverflader.
Ruthenium (Ru) sputteringmål
Sputtering af rutheniumfilm på overfladen af katalysatorbæreren opnår en mere effektiv og miljøvenlig kemisk produktion. Ruthenium bruges også almindeligvis til at fremstille elektroniske komponenter såsom modstande og kondensatorer. Sputtering af rutheniumfilm eller lignende rutheniumforbindelsesfilm kan optimere batteriets fotoelektriske konverteringsevne.
Kobolt (Co) sputteringsmål
Kobolt har gode magnetiske egenskaber og er et af de vigtige elementer til fremstilling af permanente magnetiske materialer. Sputteret koboltfilm kan give højtydende permanente magnetiske film til mikromotorer, mikrohøjttalere osv. Kobolt bruges også almindeligvis til at fremstille metalforbindelsesmaterialer i integrerede kredsløb. Koboltbaserede legeringer har en vis biokompatibilitet.
Iridium (Ir) sputteringsmål
Iridium har et ekstremt højt smeltepunkt (2446 ℃) og kemisk stabilitet. Sputteret iridiumfilm kan give fremragende beskyttelse ved høje temperaturer og korrosionsbestandighed. Iridium bruges ofte til at fremstille avancerede elektroniske komponenter, såsom elektroder og forbindelsesmaterialer i integrerede kredsløb. Iridium er også et vigtigt materiale til fremstilling af referenceelektroder.
Tin (Sn) Sputtering Target
Tin har et lavt smeltepunkt (231.9 ℃) og god duktilitet. Sputtering af tinfilm kan præcist kontrollere loddets tykkelse og sammensætning, forbedre svejsningens pålidelighed og præcision og opfylde behovene for miniaturisering og højdensitetsemballage af elektroniske enheder. Sputtering af tinoxidfilm kan fremstille transparente ledende film.
Bly (Pb) Sputteringmål
Sputtering af blyfilm kan bruges til at fremstille strålingsbeskyttelsesmaterialer til medicinske og nukleare industrier, såsom røntgenskjolde og beskyttende lag i atomreaktorer, som effektivt blokerer strålingens skadevirkninger på menneskekroppen og miljøet. Sputtering af blyfilm kan optimere elektrodernes struktur og ydeevne.
Jern (Fe) sputteringsmål
Jernbaserede legeringsfilm (såsom jern-siliciumlegeringer og jern-nikkellegeringer) anvendes i vid udstrækning i fremstillingen af transformerkerner, induktorkomponenter osv. Sputtering af jernbaserede legeringsfilm kan nøjagtigt kontrollere filmens magnetiske parametre (såsom magnetisk permeabilitet, koercitivitet osv.) og forbedre magnetiske komponenters ydeevne.
Zirconium (Zr) sputteringsmål
Sputteret zirconiumfilm kan beskytte udstyr mod korrosion fra stærke syrer, stærke baser og andre ætsende medier og forbedre udstyrets pålidelighed og levetid. Zirconium har et lille tværsnit til termisk neutronabsorption og er et vigtigt beklædningsmateriale til brændselsstave til atomreaktorer.
Hafnium (Hf) sputteringmål
Sputteret hafniumfilm kan bruges som en beskyttende belægning ved høje temperaturer for at beskytte komponenter mod skader i miljøer med ekstremt høje temperaturer. I atomindustrien har hafnium en stærk absorptionskapacitet for termiske neutroner og er et vigtigt materiale til kontrolstænger i atomreaktorer.
Indium (In) Sputtering Target
Sputteret indiumfilm kan opnå en pålidelig forbindelse mellem elektroniske komponenter, især egnet til elektronisk pakning i miljøer med lav temperatur. Indiumtinoxid (ITO) er et vigtigt transparent ledende materiale. Sputteret ITO-film (indeholdende indium) kan bruges til at forberede elektroder og berøringsskærme til displays.
Gallium (Ga) sputteringmål
Galliumbaserede halvledermaterialer (såsom galliumarsenid GaAs, galliumnitrid GaN) anvendes i vid udstrækning i fremstillingen af højfrekvente, højhastigheds elektroniske enheder og optoelektroniske enheder. Sputtering af galliumfilm eller lignende galliumforbindelsesfilm kan forberede det centrale lag i halvlederkomponenter.
MgF₂-sputteringsmål
Magnesiumfluorid har et lavt brydningsindeks og god lysgennemgang. Sputtering af MgF₂-film kan reducere det reflekterede lys på overfladen af optiske komponenter og bruges i optiske instrumenter såsom brilleglas, kameralinser og teleskoper. MgF₂-film kan bruges til optiske belægninger af laserenheder for at forbedre laseres outputeffektivitet.
Al-Cu sputteringmål
Aluminium-kobber kombinerer aluminiums lette vægt og kobbers høje ledningsevne. Sputteret Al-Cu-film bruges som metalledningsmateriale i integrerede kredsløb. Dens gode ledningsevne og anti-elektromigrationsegenskaber sikrer stabil transmission af elektroniske signaler og er velegnet til fremstilling af højtydende chips.
Ti-Al sputteringsmål
Titanium-aluminium har et højt smeltepunkt, lav densitet og god ydeevne ved høje temperaturer. Sputtering af Ti-Al-legeringsfilm kan bruges som en beskyttende højtemperaturbelægning for at forbedre oxidationsmodstanden og slidstyrken af dele ved høje temperaturer. I bilindustrien kan Ti-Al-legeringsfilm bruges til at fremstille overfladebelægninger til motorventiler, stempler og andre dele.
Cu-Ni sputteringsmål
Kobber-nikkel-legering har god ledningsevne og stabil modstandsevne. Sputtering af Cu-Ni-film kan nøjagtigt kontrollere komponentens modstandsværdi og temperaturkoefficient. Cu-Ni-legering har fremragende korrosionsbestandighed over for havvand, og sputtering af Cu-Ni-film kan bruges til overfladebeskyttelse af skibsskrog, rørledninger og andre komponenter.
Fe-Ni sputteringsmål
Fe-Ni-legering har høj magnetisk permeabilitet og lav koercitivitet og anvendes i vid udstrækning i fremstilling af transformerkerner, magnetiske afskærmningsmaterialer, magnetiske sensorer osv. Sputtering af Fe-Ni-film kan fremstille ultratynde magnetiske film, som er egnede til mikroelektroniske enheder og højfrekvente magnetiske komponenter.
Co-Cr-sputteringsmål
Kobolt-krom har god slidstyrke, korrosionsbestandighed og biokompatibilitet. Sputtering af Co-Cr-legeringsfilm kan forbedre overfladehårdheden og slidstyrken på enheden. Inden for luftfart kan Co-Cr-legeringsfilm bruges til at fremstille overfladebelægninger til motorlejer, gear og andre dele.
W - Mo sputteringsmål
Wolfram-molybdæn har et højt smeltepunkt, god højtemperaturstyrke og ledningsevne og bruges ofte til at fremstille katode- og anodematerialer til højtemperaturelektronrør, røntgenrør og andet udstyr. Sputtering af W-Mo-legeringsfilm kan forbedre elektrodens højtemperaturresistens og elektronemissionseffektivitet.
Al-Si sputteringsmål
Aluminium-silicium bruges ofte til at fremstille overfladebelægninger til motorcylindre, stempler og andre dele. Sputtering af Al-Si-film kan forbedre slidstyrken og korrosionsbestandigheden af dele. Inden for elektronisk emballage kan Al-Si-legeringsfilm bruges som overfladebelægning til emballagematerialer.
Ti-Ni sputteringsmål
Titan-nikkel-guld er en formhukommelseslegering med en unik formhukommelseseffekt og superelasticitet. Den bruges ofte til at fremstille ortopædiske instrumenter, tandbøjler osv. Sputtering af Ti-Ni-legeringsfilm kan fremstille medicinsk udstyr med formhukommelsesfunktion.
CIGS Sputtering Target
Kobberindium-galliumselenid er et vigtigt halvledermateriale. Sputtering af CIGS-film bruges til at forberede absorptionslaget i solceller. De tekniske sputterparametre styres præcist for at optimere filmens elektriske og optiske egenskaber og forbedre solenergiens konverteringseffektivitet.
SiO₂-sputteringsmål
Siliciumdioxid har god isolering, lysgennemgang og kemisk stabilitet og bruges ofte til at fremstille antirefleksfilm og højreflektionsfilm til optiske linser. Sputtering af SiO₂-film kan reducere lysrefleksion og forbedre linsers transmittans. Det bruges i vid udstrækning i optiske instrumenter såsom briller og kameralinser.
TiN-sputteringsmål
Titanitrid har høj hårdhed, høj slidstyrke, god ledningsevne og et gyldent udseende. TiN-filmbelagte værktøjer har fremragende skæreegenskaber. TiN-film kan bruges som elektrodematerialer og diffusionsbarrierer. Deres gode ledningsevne og stabilitet kan opfylde behovene hos forskellige enheder.
SiC-sputteringsmål
Siliciumcarbid har høj hårdhed, højt smeltepunkt, god varmeledningsevne og halvlederegenskaber. Sputtering af SiC-film kan bruges til at fremstille epitaksiale lag og bufferlag i enheder. SiC-film kan bruges til overfladebelægninger af komponenter såsom værktøj og lejer for at forbedre deres slidstyrke og levetid. SiC-film kan bruges som termisk beskyttelsesbelægning til rumfartøjer.
ZnO-sputteringsmål
Zinkoxid har gode halvleder-, piezoelektriske og optiske egenskaber. ZnO-film kan bruges til at fremstille varistorer, tyndfilmstransistorer osv. ZnO-film har god lysgennemgang i det ultraviolette bånd og kan bruges til at fremstille optoelektroniske enheder såsom ultraviolette detektorer og lysdioder. ZnO-film kan bruges til at fremstille gassensorer, fugtighedssensorer osv.
ITO-sputteringsmål
Indiumtinoxid er et transparent ledende materiale med høj transmittans og høj ledningsevne. Inden for displays er ITO-film et nøglemateriale til berøringsskærme, flydende krystaldisplays og andre enheder. Inden for elektromagnetisk afskærmning kan ITO-film bruges til at fremstille transparente elektromagnetiske afskærmningsmaterialer, som er egnede til displayvinduer i præcisionselektronisk udstyr.
AlN-sputteringsmål
Aluminiumnitrid har høj varmeledningsevne, god isolering og høj temperaturbestandighed. AlN-film kan bruges som et isolerende lag med høj varmeledningsevne. AlN har fremragende piezoelektriske egenskaber og kan bruges til at fremstille akustiske overfladebølgeenheder (SAW), akustiske bulkbølgeenheder (BAW) osv. og anvendes i vid udstrækning inden for kommunikation, radar og andre områder.
TiC-sputteringsmål
Titankarbid har ekstremt høj hårdhed, slidstyrke og smeltepunkt. Skæreevnen for TiC-filmbelagte værktøjer er bedre end for traditionelle værktøjer. TiC-film kan bruges til overfladebelægning af formen for at forbedre slidstyrken og forhindre fastsætning i formen. TiC-film kan bruges som en beskyttende belægning til dele, der udsættes for høje temperaturer, for at modstå slid ved høje temperaturer og friktion.
TiO₂-sputteringsmål
Titandioxid har fremragende optiske egenskaber, fotokatalytiske egenskaber og kemisk stabilitet. TiO₂-film kan bruges som belægninger til optiske komponenter såsom højreflektionsfilm og interferensfiltre. Sputtering af TiO₂-film kan bruges til at fremstille selvrensende materialer, såsom selvrensende glas og selvrensende fliser.
ZrO₂-sputteringsmål
Zirconiumoxid har et højt smeltepunkt, høj hårdhed og gode faseskiftningsegenskaber. Sputtering af ZrO₂-film kan yderligere forbedre overfladeegenskaberne af keramiske materialer. ZrO₂-film har lav varmeledningsevne og højt smeltepunkt. Zirconiumoxid har god biokompatibilitet og korrosionsbestandighed og kan bruges til at fremstille kunstige led, tandrestaureringer osv.
BN Sputtering Target
Bornitrid har strukturer som hexagonal bornitrid (h-BN) og kubisk bornitrid (c-BN). h-BN har god smøreevne, høj temperaturbestandighed og isolering. h-BN-film kan bruges som en højtemperatur-smøremiddelbelægning. c-BN har ekstremt høj hårdhed og slidstyrke, tæt på diamant. BN-film kan bruges som et isolerende lag og varmeafledningslag.
BaTiO₃-sputteringsmål
Bariumtitanat er et vigtigt ferroelektrisk materiale med høj dielektricitetskonstant og gode ferroelektriske egenskaber. Det bruges ofte til at fremstille keramiske kondensatorer, ferroelektrisk hukommelse osv. Sputtering af BaTiO₃-film kan fremstille højtydende dielektriske film, forbedre kondensatorernes kapacitet og lagringsevnen af ferroelektrisk hukommelse.
SnO₂-sputteringsmål
Tinoxid har god ledningsevne, lystransmission og kemisk stabilitet. Inden for gassensorer er SnO₂-film et almindeligt anvendt gasfølsomt materiale med høj følsomhed over for en række reducerende gasser (såsom metan, propan, brint osv.). SnO₂-film kan bruges som en transparent elektrode til solceller, en varmereflekterende film til glas osv.
LiNbO₃-sputteringsmål
Lithiumniobat har gode piezoelektriske, elektrooptiske og ikke-lineære optiske egenskaber. LiNbO₃-film kan bruges til at fremstille optiske bølgeledere, optiske modulatorer og andre enheder og er et nøglemateriale i optiske kommunikationssystemer. LiNbO₃-film kan bruges til at fremstille akustiske overfladebølgeenheder og ikke-lineære optiske materialer.
SiC-sputteringsmål
Siliciumcarbid har høj hårdhed, højt smeltepunkt, god varmeledningsevne og halvlederegenskaber. Sputtering af SiC-film kan forberede det epitaksiale lag og bufferlaget på enheden, hvilket er egnet til fremstilling af radiofrekvensenheder osv. SiC-film kan bruges som en termisk beskyttelsesbelægning til rumfartøjer.
Ga₂O₃ Sputteringmål
Galliumoxid er et halvledermateriale med bredt båndgab, fremragende gennembrudsfeltstyrke og termisk ledningsevne. Ga₂O₃-film kan bruges til at fremstille højspændings-effektenheder såsom Schottky-barrieredioder, metal-oxid-halvleder-felteffekttransistorer osv. Ga₂O₃-film kan bruges til at fremstille ultraviolette detektorer osv.
In₂O₃ Sputteringsmål
Indiumoxid har god ledningsevne og lystransmission og doteres ofte med tin for at danne ITO (indiumtinoxid). In₂O₃-film kan bruges til vindueslaget i solceller, transparente elektroder i displays osv. In₂O₃-film er følsom over for visse gasser (såsom kulilte, ethanol osv.), og gassensorer kan fremstilles ved sputtering.
MgO-sputteringsmål
Magnesiumoxid har god isolering, høj temperaturbestandighed og kemisk stabilitet. MgO-film kan bruges som et beskyttende lag til plasmaskærme (PDP). MgO-film kan bruges som sintringshjælpemiddel til keramiske materialer for at forbedre mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af keramik. Sputtering af MgO-film kan forbedre katalysatorernes dispersion og stabilitet og forstærke den katalytiske aktivitet.
Al₂O₃ Sputteringsmål
Alumina har høj hårdhed, højt smeltepunkt, god isolering og korrosionsbestandighed. Sputtering af Al₂O₃-film kan forbedre overfladehårdheden og slidstyrken af keramiske materialer. Al₂O₃-film kan bruges som et isolerende lag, et beskyttende lag osv. Al₂O₃-film kan bruges som overfladebelægning til kunstige led, ortopædiske implantater osv.
Si₃N₄ Sputteringsmål
Siliciumnitrid har høj styrke, høj hårdhed, god højtemperaturbestandighed og isolering. Sputtering af Si₃N₄-film kan beskytte overfladen af halvlederkomponenter. Sputtering af Si₃N₄-film kan yderligere optimere overfladeegenskaberne af keramik. Si₃N₄-film kan bruges som belægningsmaterialer til optiske film for at justere brydningsindekset og reflektionsevnen af optiske komponenter.
ZnS-sputteringsmål
Zinksulfid har god lysgennemgang. ZnS-film er et vigtigt materiale til infrarøde vinduer og linser, der er meget anvendt i infrarød detektion, termisk billeddannelse og andet udstyr. ZnS-film kan bruges som belægningsmateriale til antirefleksionsfilm og filtre for at optimere ydeevnen af optiske komponenter. Derudover kan ZnS bruges til at fremstille lysdioder, fosfor osv.
Ni-Cr-sputteringsmål
Sputtering af Ni-Cr-legeringsfilm kan forbedre varmeeffektiviteten og levetiden for elektriske varmeelementer. Ni-Cr-legeringsfilm kan bruges som modstandsmateriale med en lille modstandstemperaturkoefficient og god stabilitet. Ni-Cr-legeringen har en vis biokompatibilitet og kan bruges til at fremstille overfladebelægninger til kunstige led, tandinstrumenter osv.
ZnSe-sputteringsmål
Zinkselenid har fremragende lystransmission i det infrarøde bånd. ZnSe-film bruges ofte til at fremstille optiske komponenter såsom infrarøde linser og prismer og er velegnet til udstyr såsom kuldioxidlasere og infrarød fjernmåling. ZnSe er en II-VI-forbindelseshalvleder, der kan bruges til at fremstille optoelektroniske enheder såsom blå lysdioder.
InP-sputteringsmål
Indiumphosphid er en vigtig III-V-forbindelseshalvleder med høj elektronmobilitet og gode optiske egenskaber. InP-film kan bruges til at fremstille optoelektroniske enheder såsom lasere og fotodetektorer. InP kan bruges til at fremstille mikrobølgeradiofrekvensenheder, der anvendes inden for radar, kommunikation og andre områder.
LiTaO₃-sputteringsmål
Lithiumtantalat har fremragende piezoelektriske, elektrooptiske og pyroelektriske egenskaber. LiTaO₃-film kan bruges til at fremstille akustiske overfladebølgeenheder (SAW), som anvendes i kommunikation, radar, elektroniske modforanstaltninger osv. LiTaO₃-film kan bruges som materiale til elektrooptiske modulatorer, infrarøde detektorer, temperatursensorer osv.
VN Sputtering Target
Vanadiumnitrid har høj hårdhed, høj slidstyrke og god ledningsevne. VN-filmbelagte værktøjer kan forbedre skæreevnen og levetiden for værktøjer. VN-film har et gyldent til mørkegråt udseende og kan bruges til overfladedekoration. VN-film kan bruges som diffusionsbarriere og elektrodemateriale.
Fordele ved sputteringbelægning
Bred materialetilpasningsevne
Sputteringbelægning kan belægge næsten alle faste materialer, herunder metaller, legeringer, forbindelser, halvledere osv., uden at være begrænset af materialets smeltepunkt, ledningsevne og andre egenskaber. For eksempel kan det for metaller med høje smeltepunkter, såsom wolfram og molybdæn, samt isolerende forbindelser såsom siliciumdioxid og aluminiumoxid, opfylde behovene hos forskellige materialefilm inden for forskellige områder.
Tyndfilmsydelse Fremragende
Filmen fremstillet ved sputteringbelægning har høj densitet og god vedhæftning. Fordi de sputterede atomer har høj energi, kan de interagere stærkt med substratet, når de aflejres på substratoverfladen, hvilket danner en stærk binding, hvilket reducerer risikoen for afskalning mellem filmen og substratet. Samtidig har filmen en god sammensætningsenartethed, og filmens tykkelse kan kontrolleres præcist, og fejlen kan kontrolleres på nanometerniveau.
Lavtemperaturbelægningskapacitet
Sammenlignet med nogle belægningsteknologier, der kræver miljøer med høje temperaturer (såsom kemisk dampaflejring), kan sputterbelægning udføres ved lavere temperaturer, og substrattemperaturen kan normalt styres i området fra stuetemperatur til flere hundrede grader Celsius. Denne egenskab gør sputterbelægning velegnet til temperaturfølsomme substratmaterialer, såsom plast, polymerer, halvlederwafere osv.
Stærk kontrollerbarhed
Parametrene for sputterbelægningen (såsom sputterkraft, gastryk, afstand mellem mål og substrat, substrattemperatur osv.) kan styres præcist for effektivt at regulere filmens sammensætning, struktur, tykkelse, ydeevne osv. Denne gode kontrollerbarhed gør det muligt at masseproducere sputterbelægningen, og produktet har høj repeterbarhed og stabilitet. For eksempel kan der fremstilles en film med et specifikt brydningsindeks og en tykkelse.
Påføring af sputterbelægning
Inden for elektronisk information er magnetronbelægning en vigtig forberedelsesteknologi til metalforbindelseslag og dielektriske lag i chipfremstilling, der understøtter udviklingen af halvlederkomponenter mod miniaturisering og høj integration. Inden for ny energi giver den et beskyttende lag til elektrodeoverfladen på lithium-ion-batterier, forbedrer batteriernes levetid og sikkerhed og fremmer fremskridt inden for elbiler og energilagringsteknologi. Inden for luftfart er den termiske isoleringsbelægning på overfladen af rumfartøjer og den reflekterende film på satellitantenner alle afhængige af magnetronbelægning for at opnå stabil drift i ekstreme miljøer. Inden for biomedicin kan kroppens afstødningsreaktion effektivt reduceres ved at belægge overfladen af implanterbare medicinske apparater med biokompatible film, hvilket gør det muligt for kunstige led, hjertestenter og andet udstyr at betjene patienter mere sikkert.
Elektronik- og halvlederfelt
I integrerede kredsløb bruges sputtering til at forberede nøglestrukturer såsom metalledninger, gateelektroder og kontaktlag. For eksempel aflejres metalfilm såsom aluminium og kobber på overfladen af halvlederwafere ved sputtering og fungerer som ledende ledninger til at transmittere elektroniske signaler; isolerende film såsom siliciumdioxid og siliciumnitrid fungerer som mellemliggende isolerende lag og passiveringslag for at opnå elektrisk isolering og beskyttelse af enheder. Den høje præcision og høje ensartethed ved sputtering kan opfylde behovene for kontinuerlig størrelsesreduktion og øget integration af integrerede kredsløb og er en af kerneprocesserne i chipfremstilling. I fladskærmsenheder såsom flydende krystalskærme (LCD'er) og organiske lysdiodeskærme (OLED'er) bruges sputtering til at fremstille transparente ledende film (såsom ITO-film), elektrodematerialer, isoleringslag osv.
Optisk felt
Sputtering anvendes i vid udstrækning i fremstillingen af forskellige optiske film, såsom antirefleksionsfilm, højreflektionsfilm, filtre osv. Antireflektionsfilm (såsom siliciumdioxid- og magnesiumfluoridfilm) bruges til at reducere lysrefleksion på overfladen af optiske komponenter og forbedre lystransmissionen. De anvendes i briller, kameralinser, teleskoper osv. Højreflektionsfilm (såsom aluminium-, sølv- og guldfilm) bruges til at reflektere lys med specifikke bølgelængder og fremstille reflektorer, laserresonatorer osv. Filtre bruges til selektivt at transmittere eller reflektere lys med specifikke bølgelængder gennem kombinationen af flere lag af sputterede film. De anvendes i spektralanalyse, kommunikation og andre områder. Sputteringbelægning bruges til at forberede film til infrarøde optiske vinduer, linser, prismer og andre enheder. Film såsom zinksulfid og zinkselenid har god infrarød transmission.
Luftfart og energiområdet
Motordele og rumfartøjsstrukturer inden for luftfart skal kunne modstå ekstreme miljøer såsom høj temperatur, højt tryk og korrosion. Højtemperaturbeskyttende belægninger (såsom wolfram-, molybdæn- og zirconiumoxidfilm), slidstærke belægninger (såsom siliciumcarbidfilm) og antikorrosionsbelægninger (såsom aluminium- og kromfilm) fremstillet ved sputteringbelægning kan effektivt beskytte disse dele og forbedre deres pålidelighed og levetid. For eksempel kan den termiske barrierebelægning (zirconiumbaseret) på overfladen af turbineblade reducere bladenes temperatur og forhindre højtemperaturskader.
Solceller
Ved fremstilling af solceller anvendes sputterbelægning til at fremstille elektrodematerialer, absorptionslag, vindueslag osv. For eksempel aflejres tyndfilm af kobber, indium, gallium, selenid (CIGS) ved sputtering som absorptionslag i solceller, hvilket effektivt absorberer sollys og omdanner det til elektrisk energi; metalfilm som aluminium og sølv bruges som bagelektroder og frontelektroder til at opsamle og transmittere strøm; transparente ledende film som zinkoxid og indiumoxid bruges som vindueslag for at tillade lys at trænge ind i absorptionslaget, mens strøm eksporteres. Sputterbelægning kan forbedre solcellers fotoelektriske konverteringseffektivitet og stabilitet og fremme udviklingen af solenergiindustrien.
Medicin
På overfladen af medicinsk udstyr såsom kunstige led, tandimplantater og hjertestents kan biokompatible film (såsom titanium-, titaniumnitrid- og zirconiumoxidfilm) fremstillet ved sputtering forbedre enhedens overfladeegenskaber, forbedre dens kompatibilitet med menneskeligt væv, reducere afstødningsreaktioner og fremme vævsheling. For eksempel har kunstige led belagt med titaniumfilm god biokompatibilitet og slidstyrke, hvilket kan forbedre leddenes levetid og patienternes livskvalitet.
Biosensorer
Sputterbelægning bruges til at fremstille elektrodematerialer og følsomme film til biosensorer. Metalfilm som guld og platin bruges som elektroder til at give en stabil elektrokemisk grænseflade; specifikke sammensatte film (såsom titandioxid og bornitrid) bruges som følsomme film til specifikt at identificere biologiske molekyler (såsom proteiner, DNA, glukose osv.), hvilket opnår højfølsom detektion af biologiske prøver og anvendes i medicinsk diagnose, biologisk analyse og andre områder.
Konklusion
Som en vigtig teknologi til fysisk dampaflejring spiller sputterbelægning en uerstattelig rolle inden for mange områder såsom elektronik og halvledere, optik, dekoration og beskyttelse, luftfart, energi, biomedicin osv., og er afhængig af dens brede materialetilpasningsevne, fremragende tyndfilmsydelse, lavtemperaturbelægningsevne, god trindækning og kontrollerbar proces. Ud fra det grundlæggende princip bombarderer sputterbelægning målmaterialet med højenergiioner, hvilket får atomer til at undslippe og aflejres i en film. Processen involverer flere led såsom iongenerering, acceleration, momentumoverførsel og atomaflejring. Efter års udvikling har sputterbelægning afledt forskellige typer såsom DC-sputtering, RF-sputtering, reaktiv sputtering, magnetronsputtering, ionstrålesputtering, pulseret DC-sputtering osv.