薄膜是一种金属或者金属陶瓷材料膜层，一个原子一个原子的沉积在基材表面。薄膜形成粘合层，改变零件的外观，耐久性和功能 

薄膜不会影响尺寸公差或基材的图案。它们被用来改善产品的颜色，光的反射或折射，硬度或电绝缘和导电率。

薄膜厚度从1纳米（1纳米= 0.000000001米）到几微米（1微米= 0.000001）不等。通常一个人头发的直径为17-181微米，一根蜘蛛丝的宽度为3-8微米。

在工业领域中，薄膜材料的控制合成（过程称为“沉积”）是一个至关重要的过程。如建筑玻璃，显示器，触屏和太阳能电池等都包含薄膜。一个常见的例子是镜子，它通常在玻璃背面镀上金属涂层并形成一个反射界面。

薄膜的形成有两种基本方法：1.化学沉积法，使流体在固体表面发生化学变化。2.物理沉积法，使用机械，机电或热力学手段。

物理气相沉积法（PVD）是物理沉积的一种类型，它发生在真空中。溅射是PVD的一种。

物理气相沉积（PVD）又称真空沉积或真空镀膜，指材料从凝聚态开始，以蒸气态（等离子体）的形式通过真空或低压环境进行传递。然后以蒸气的形式沉积在基板上产生膜层。

PVD是一个物理过程，不是化学反应。最常见的PVD类型有 1) 蒸发，加热使材料蒸发，然后凝结在基板上  2) 溅射，材料受到气体离子的轰击后，分子沉积到基板上。

溅射(溅射沉积)是一种用于制备薄膜的方法，又叫物理气相沉积法。和其他一些气相沉积方法不同，材料不会融化。相反，来自材料源（靶材）被轰击粒子（气体离子）的动能转移喷射出来。

工艺流程：在气体离子溅射中，溅射过程顺序如下：

1. 首先基板进入真空腔体内。空气被从腔体内抽走，惰性气体在低压下被注入。使用惰性气体是因为它们不会和目标材料发生化学反应。最常用的（也是最便宜）的溅射气体是氩气（Ar）和氮气（N₂）,其次是氪气（Kr），氙气（Xe），氖气（Ne）。
   - 为了有限的动能传递，溅射气体的原子量应接近材料的原子量，所以溅射轻元素时最好采用氖气，而重元素最好采用氪气或氙气。
   - 原子量轻的气体，如氢（H）或者氦（He）可导致轻微的溅射。

2. 电压被施加到靶管（靶管上的材料会被沉积到基板上），使其成为阴极（带负电荷）。腔体内是阳极，起到接地的作用。

3. 电压导致自由电子在带负电荷的材料上流动，并与惰性气体原子的外层电子碰撞。自由电子由于带相同的电荷而把电子从惰性气体中驱赶出去。惰性气体原子变成了正电荷离子。

4. 惰性气体离子吸引带负电荷的目标材料。在碰撞的过程中，这种吸引力导致惰性气体离子以高速撞击目标材料。

5. 轰击的离子有足够的力量将原子从目标表面溅射下来。材料原子穿过真空室，以一种标准的余弦分布精确的沉积在基板表面形成薄膜。

6. 当惰性气体离子和自由电子重新结合进入一个较低的能量状态时，就会产生发光等离子体。多余的能量以光的形式发出。

方法：基本的溅射方法有平面磁控管，圆柱形磁控管，大功率脉冲磁控管，二极管和离子束溅射。.

优势：溅射的优点是溅射出的原子有比蒸发材料有更高的动能，从而具有更好的附着力。溅射可以自上而下或者自下而上进行。溅射沉积的另一个优点是即使很高熔点的材料也很容易溅射。

应用：沉积溅射应用于以下商业领域：

• 建筑玻璃镀膜和减反膜

• 太阳能

• 显示器镀膜

• 汽车和装饰镀

• 工具镀

• 电脑硬盘生产

• 集成电路生产

• CD和DVD金属涂层

想了解更多关于溅射的信息，请观看我们的YouTube视频：

等离子体有时被称为“物质的第四种状态”，是通常存在的物质的四种基本形态之一。另外三种是固体，液体和气体。

等离子体包含离子，自由基，中性基和光子。等离子体可以通过加热气体或在强电磁场中产生。这会减少或增强电子的数量，创造带正电荷或者负电荷的原子或分子，称之为离子。

在等离子体中，带正电荷的原子核在由自由移动的游离电子组成的海洋中遨游，类似于导电金属中电荷的存在方式。这个电子的“海洋”允许等离子体状态的物质导电。

像气体一样，等离子体没有固定形状和体积。然而和气体不同的是，等离子体是导电的，能产生磁场和电流，并对电磁力有强烈的反应。

等离子的状态，虽然很难理解，但却是很普遍存在的。闪电，电火花，荧光灯，霓虹灯，等离子电视和某些类型的火焰都是物质在等离子体状态下被照亮的例子。

传统的阴极溅射可以沉积极薄的膜层到原子尺寸，溅射速率慢且更适用于小尺寸基板。轰击也会造成基材过热或者损坏。

磁控溅射时，磁场增加了等离子体密度，提高了沉积速率和效率。

阴极后面的磁铁（通常是永磁体）将电子限制在带负电荷的靶材上，既提高了初始电离过程的效率，又允许在较低的压力下产生等离子体

较低的气压既减少了成膜过程中多余气体的渗入，也减少了溅射原子因为过多的气体碰撞而导致的能量损失，因为电子绕着磁力线沿螺旋轨迹运行。

获得高密度的等离子体和较高的沉积速率。溅射的原子是带中性电荷的，不受磁阱的影响。

跟随磁控管的形状，靶管材料以椭圆形消耗，称之为“跑道”。

工作电压随着磁场强度的增加而降低。直流电源（DC）和射频电源(RF)都可以在大多数磁控阴极上使用。脉冲直流电源，低频和中频电源也可用于磁控溅射。

磁控溅射是应用最广泛的沉积工艺，能获得非常均匀和光滑的膜层。利用阴极和阴极阵列，磁控溅射被广泛应用于大面积单层和多层的镀膜。磁控阴极也被用于连续线和卷绕镀工艺。

新式阴极具有良好的靶材利用率和高沉积速率。几乎所有的金属都可以用于溅射。磁控管可以定位在任意位置，以适应设备的设计。靶材使用水冷工艺将辐射热量降到最低。

磁控溅射可以使用平面磁控管，也可以使用旋转（圆柱形）磁控管。

旋转（圆柱体）阴极是一种用于把溅射材料从旋转靶管表面溅射到基材表面的装置。

靶材的空心背管围绕悬浮在靶管内的固定磁体阵列旋转。这个磁铁阵列直接对准基板，并将反应过程的等离子体控制在需要的位置。

电力被传送到旋转靶管，由于电子离开靶表面进入等离子体，阴极被当作了靶管表面。溅射过程中，靶管内通常使用冷却水进行冷却。

在电机的驱动下，端头旋转靶管。它有冷却水密封和真空旋转密封。当阴极组件安装在真空室内的盖子上时，端头可以在腔体外侧或内侧。

反应溅射是一种溅射靶材的一个化学成分（如硅元素）的一种气体或混合气体（如氩气+氧气）与目标物质发生化学反应，形成一层不同的化学成分（如氧化硅）在基板上。.

以下是常用的反应气体：

•  氧气(O₂) – 沉积氧化膜层（如氧化铝，氧化硅，氧化钛，氧化铪，氧化锆，氧化铌，氧化锌铝，氧化铟锡）。

• 氮气(N₂) – 沉积氮化膜层（如氮化钛，氮化锆，氮化铝，氮化硅，氮化铝铬，氮化钛铝）。

• 二氧化碳(CO₂) – 沉积氧化物涂层。

• 乙炔(C₂H₂) – 沉积金属- 类金刚石膜，氢化硬质合金，碳氮薄膜。

• 甲烷(CH₄) – 类似于氢化合金。

反应气体也可以混合（如氧气+氮气）以沉积多种成分的功能薄膜，如氧氮化物（如 铬-氧-氮）或氧碳化物（如 硅-氧-碳）。

射频溅射是一种理想的用于溅射绝缘性材料的溅射方法。像直流溅射一样，这种技术涉及通过让高能波穿过惰性气体产生正离子。

射频溅射需要比直流溅射高9倍的输入电压，因为产生无线电波需要更高的功率输入才能达到和电子电流相同的效率。和直流溅射相比，等离子体可以在较低的压力下维持。因此更直接的途径是，减少粒子运行到基板过程中靶材粒子和气体离子之间的碰撞。

你需要为SCI旋转（圆柱形）磁控管提供4种连接：

冷却水连接：使用3/4英寸或1英寸的软管，从阴极连接到软管倒钩或其他客户制定的水管配件。通常进水口压力为40psi，最大100psi。水流量对应为每分钟1升每千瓦的功率，或更大。

水质为100-300微米，用75微米来过滤。进水温度应小于30度，并高于环境露点，以防止结露。

电源连接：使用8毫米或10毫米的螺丝提供各种连接方式。SCI可以提供定制长度和低阻抗的连接组件，以优化客户阴极的额定功率和安装模式。

驱动电机：SCI提供交流逆变器电机和端头。电机的输入是230V,三相，10-90赫兹，480V可用。速度控制是通过使用客户提供的变频驱动器完成。变频驱动器可以选择接受本地输入的电压和相位数，并转化为电机输入。SCI也可以按照要求提供这些驱动器。

驱动编码器：SCI为每一个磁控管提供编码器。这些编码器用于确保阴极旋转，如需要可测量转速。编码器的连接取决于它将如何使用：

• 确认旋转：编码器可以连接到信号调节器（如 IFMR0036）,调节器将编码器脉冲转化为数字信号，用于互锁旋转。SCI可以根据要求提供这些信号调节器

• 测量转速：编码器是一个简单的每转100个脉冲的正交编码器。来自通道A或B的脉冲可用于测量速度。我们的SC和SM阴极设置为294脉冲每个靶材旋转周期，MC和MM设置为235脉冲。

更多信息请参阅使用手册

靶管的长度由基板的长度和膜层均匀性要求决定。SCI指的是以背管的总长度作为计算的基础，因为他会定义系统的几何形状。溅射材料的实际长度会比背管的长度短。

我们使用的标准计算方式是：

背管长度=基板长度+4*靶材到基板的距离                                                                                                    

这个公式通常用于75-150毫米的靶基距。如果均匀性要求高于+/-2%，我们建议靶管增加额外的长度，以减少旋转阴极需要的初始均匀性调整。

SCI会计算沉积速率和您的应用所需要的旋转磁控管的数量。请联系我们通过以下邮箱：SCIService@sputteringcomponents.com.

如果你希望自己计算，请注意以下事项：

每种材料和镀膜工艺对从每个磁控管上溅射材料的速度都有限制。

因此每种不同的工艺都有一个有限的动态沉积率。大多数材料的极限已经通过实验获得，并和沉积时应用于靶材上的功率密度有关。

使用这些信息，我们创建了标准化计算动态沉积率(nDDR)的单位，单位表示为（纳米-米/分钟）/（千瓦/米）。这个单位可以和靶材供应商推荐的最大功率密度一起使用，以计算出每个旋转磁控管在特定工艺下的动态沉积率

期望或最大的功率密度=来自电源的功率（千瓦）除以靶管的长度（米）->（KW/m）

标准动态沉积率（纳米-米/分钟）/（千瓦/米）*期望功率密度（千瓦/米）=动态沉积率

动态沉积率/基材速度=每个磁控管的镀膜厚度

所需阴极的数量=需要的膜层厚度/每个磁控管的镀膜厚度

典型的动态沉积率值

要确定你的动态沉积率，用你想要的纳米层厚度乘以基片速度（以米/分钟为单位）

例如：当二氧化硅膜层厚度为20纳米，基板速度为1.5米/分钟时，动态沉积速率为30纳米/每米/分钟：

20 nm * 1.5 m/min = 30 nm * m/min

每个入射离子所射出的原子数（原子/离子）称为溅射率。 溅射率取决于以下因素：

• 入射离子的能量

• 入射角度

• 靶材原子的表面结合能量：如铅(Pb)能提供比钛（Ti）高的多的溅射率

• 离子和靶材原子的质量：如果原子量相似，则动能传递更有效。