離子濺射工作原理:
直流冷陰極二極管式,靶材處于常溫,加負(fù)高壓1-3kv,陽極接地。當(dāng)接通高壓,陰極發(fā)射電子,電子能量增加到1-3kev,轟擊低真空中(3-10pA)的氣體,使其電離,激發(fā)出的電子在電場中被加速,繼續(xù)轟擊氣體,產(chǎn)生聯(lián)級電離,形成等離子體。離子以1-3kev的能量轟擊陰極靶,當(dāng)其能量高于靶材原子的結(jié)合能時(shí),靶材原子或者原子簇,脫離靶材,又經(jīng)過與等離子體中的殘余氣體碰撞,因此方向 各異,當(dāng)落在樣品表面時(shí),可以在粗糙的樣品表面形成厚度均一的金屬薄膜,而且與樣品的結(jié)合強(qiáng)度高。如果工作室中的氣體持續(xù)流動,保持恒定壓力,這時(shí)的離子流保持恒定。 高壓的功率決定了最大離子流,一般有最大離子流限制,用于保護(hù)高壓電源。
濺射鍍膜厚度經(jīng)驗(yàn)公式:
D=KIVt
D--鍍膜厚度 單位 埃 0.1nm
K--為常數(shù),與靶材、充入氣體和工作距離有關(guān), 當(dāng)工作距離(靶材與樣品的距離)為50mm,黃金靶,
氣體為氬氣時(shí),K=0.17;
氣體為空氣時(shí),K=0.07
I--離子流 單位mA
V--陰極(靶)高壓 單位 KV
t--濺射時(shí)間 單位秒。
離子濺射儀操作:
一般工作距離可調(diào),距離越近,濺射速度越快,但熱損傷會增加。
離子流的大小通過控制真空壓力實(shí)現(xiàn),真空度越低,I越大,濺射速度越快,原子結(jié)晶晶粒越粗,電子轟擊樣品(陽極)產(chǎn)生的熱量越高;真空度越高,I 越小,濺射速度越慢,原子結(jié)晶晶粒越細(xì)小,電子轟擊樣品產(chǎn)生的熱量小。
加速電壓為固定,也有可調(diào)的,加速電壓越高,對樣品熱損傷越大。一般使用金屬靶材的正比區(qū)域。
有些熱敏樣品,需要對樣品區(qū)進(jìn)行冷卻,水冷或者帕爾貼冷卻;也可以采用磁控裝置,像電磁透鏡一樣把電子偏離樣品。經(jīng)過這樣的改造,當(dāng)然會增加很高的成本。可以在石蠟表面濺射一層金屬,而沒有任何損傷!
真空中的雜質(zhì)越多,鍍膜質(zhì)量越差。一般黃金比較穩(wěn)定,可以采用空氣作為等離子氣源,而其他很多靶材則需要惰性氣體為好。
氣體原子序數(shù)越高,動量越大,濺射越快,但晶粒會較粗,連續(xù)成膜的膜層較厚。
保持真空室的潔凈對高質(zhì)量的鍍膜有很大好處。
不要讓機(jī)械真空泵長期保持極限真空,否則容易反油。