SD-650系列高真空磁控溅射镀膜仪 在某大学的部署与应用 – 案例分享

磁控溅射是一种等离子体辅助的物理气相沉积（PVD）技术，通过高能离子轰击固体靶材，将原子或分子溅射到基板上形成薄膜。该方法所沉积薄膜致密且附着力强，特别适合高熔点金属、合金及化合物材料的镀膜，并能精确控制膜厚，满足光学和电子功能薄膜对致密度和均匀性的要求。对于光电子学和材料科学领域，需要性能优异的功能薄膜（如光学介质膜或导电薄膜），磁控溅射因其出色的膜层质量和可控性已成为关键的制备手段。

Vision Precision Instruments（VPI）公司的SD-650系列高真空磁控溅射镀膜仪即是一款面向科研与小批量试制的先进设备。该系列具备高真空水平（极限真空可达5×10^-5 Pa）和精密的溅射控制能力，可通过单靶、双靶甚至多靶配置实现稳定而精准的薄膜沉积。围绕SD-650MH型号设备在某大学的实际部署与应用展开，介绍其在光电子器件和新材料薄膜研究中的价值，并展示关键实验条件和性能数据，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供有益参考。

关于用户

用户是一所致力于光电子学和新材料研究的知名高校。为了提升薄膜材料制备与科研能力，该校于2025年引进了VPI公司的SD-650MH高真空磁控溅射镀膜仪，将其部署在相关材料实验室。此次设备引进源于校企合作：VPI提供了从安装调试到人员培训的全流程技术支持，确保仪器能够迅速稳定地投入使用。通过这套镀膜系统，实验室得以开展高质量薄膜的制备研究，以满足光电子器件、新型功能材料等科研项目对先进镀膜工艺的需求，同时也为培养相关领域的研究人才提供了重要平台。

系统介绍

SD-650MH是一款紧凑型高真空磁控溅射系统，主要由溅射真空腔体、磁控溅射靶（靶枪）、基座样品台、真空泵组、气路控制、真空测量及电控系统等模块组成。设备整体体积小巧，便于置于实验台面使用。该系统采用水冷不锈钢真空腔（腔体直径约210 mm，配有有机玻璃观察窗），内部配备直径50 mm的磁控溅射靶位（标配单靶，支持升级为双靶以容纳两种靶材）。靶材通过循环冷却水降温，可兼容溅射金属、半导体以及绝缘体在内的多种材料。

真空系统配置了抽速300 L/s的抗振涡轮分子泵及前级机械泵，仅需约10分钟即可将腔体从大气抽至工作真空状态（≈9×10^-4 Pa），极限真空度可达5×10^-5 Pa。真空测量采用复合真空计，实现从大气压到高真空的全程真空监控。气路方面，系统以高纯氩气（Ar）作为溅射工作气体，配有精密可调的气体流量控制模块（可选配质量流量计MFC），能够稳定控制腔体压力，保证溅射过程中的气压维持在设定值。

在电控设计方面，SD-650MH配备了一体化可编程触摸屏控制面板，用户通过直观界面即可操作真空抽气、气体进给、溅射功率调节等功能。系统控制器内置自动化程序，能够按设定步骤完成抽真空、充气和溅射过程，并支持溅射时间的预设控制，极大简化了实验操作并提高了重复性和安全性。SD-650MH同时集成了直流恒流溅射电源和射频溅射电源两种模块：直流电源用于溅射金属等导电靶材，射频电源（功率可达数百瓦，带自动匹配网络）用于溅射如SiO2这类电绝缘靶材，以确保在不同功率和等离子体负载条件下射频输出的稳定匹配。此外，系统还可选配高精度膜厚监控仪，实现镀膜速率和厚度的实时监测，并与程序控制联动，在达到预设厚度后自动停止溅射，确保获得所需厚度的薄膜。

关键实验条件与性能数据

在该高校实验室中，科研人员利用SD-650MH对二氧化硅（SiO2）绝缘靶材进行了多组磁控溅射镀膜实验，以评估设备在介电薄膜制备方面的实际性能。实验以高纯氩气（Ar）为工作气体，使用射频电源驱动SiO2靶，在不同射频功率（20 W～60 W）和真空腔压力（约1.3～2.0 Pa）条件下沉积SiO2薄膜，并监测沉积速率随条件变化的情况。

射频功率升至约20 W时，SiO2靶材表面激发出的紫色辉光等离子体，标志靶材成功点火进入稳定溅射状态。

当射频功率提高到约20 W时，在腔体压强≈2.0 Pa下即可在SiO2靶表面引发稳定的紫色辉光放电等离子体，宣告溅射过程成功启动。随后在不同条件下测得的关键镀膜速率数据如下：

• 低功率初始阶段： 射频功率设定约30 W、腔体气压≈2.0 Pa时，薄膜沉积速率约为0.01 Å/s。此时由于功率较低且气压相对较高，等离子体密度和靶原子溅射速率都较小，沉积速率处于较低水平。

• 功率提升与气压优化： 将射频功率提高至60 W，并适当减少进气量使腔体压强降至约1.6 Pa，沉积速率随之提升至约0.02～0.03 Å/s。继续保持60 W功率并进一步提高真空度（将压强降至约1.3 Pa）时，测得沉积速率可达约0.04 Å/s，显示出更高的溅射沉积效率。

• 持续溅射阶段： 在真空度≈1.5 Pa、射频功率60 W条件下连续溅射30分钟，观察到沉积速率随着时间延长而逐步上升：约溅射20分钟时速率提高到0.07 Å/s，至30分钟时稳定在约0.10 Å/s。随着溅射的进行，靶材表面逐步清洁并达到热稳定状态，因而溅射效率获得进一步提高。

上述实验结果表明，SD-650MH系统能够通过调节射频功率和工作气压，实现对沉积速率的有效控制。在SiO2介质靶材的沉积中，初始阶段速率虽较低，但通过提高功率和优化气压以及持续运行的稳定后效应，沉积速率提高了一个数量级，最终达到约0.10 Å/s（即每秒0.01 nm）的水平，可满足实验室制备高质量介电薄膜的要求。

应用方向

借助SD-650MH高真空磁控溅射系统，可在诸多前沿领域开展薄膜材料的制备研究。特别在以下方向上，该系统展现出广阔的应用前景：

• 光电子器件： 光电子领域需要高质量的光学介质膜和透明导电膜作为核心功能层。例如，在显示器和太阳能电池中广泛使用的氧化铟锡（ITO）透明电极通常通过磁控溅射获得致密且高透过率的膜层。SD-650MH能够在高真空下沉积均匀的ITO、AZO等透明导电薄膜，以及制备激光器件所需的增透膜、滤光膜等光学薄膜，为光电器件提供关键的材料支撑。

• 功能薄膜材料： 该系统适用于制备各种具有特殊物理性质的功能薄膜材料，包括磁性薄膜、铁电/压电薄膜、超导薄膜以及复杂化合物半导体薄膜等。这些功能膜广泛应用于传感器、存储器、新能源器件等前沿领域。通过精确控制沉积参数，SD-650MH可获得致密均匀的功能膜层，满足材料研究对薄膜性能和一致性的严苛要求。

• 表面改性： 在机械制造、生物医疗等行业，可利用磁控溅射技术在器件表面沉积改性涂层，以提升其性能。例如，通过溅射一层硬质合金或类金刚石碳（DLC）薄膜，可以显著提高零部件表面的硬度和耐磨性；再如在植入式医疗器械表面沉积一层生物活性的氧化物陶瓷涂层，可增强其抗腐蚀性和生物相容性。SD-650MH提供了稳定可控的工艺手段来制备上述改性薄膜，为相关领域的新产品研发和性能提升提供支持。

• 稳定可靠的性能： 该设备在设计上强调长期稳定运行和安全可靠性，整体操作简便。实际使用证明，无论长时间连续溅射还是频繁启停，SD-650MH均表现出出色的运行稳定性，能够保证实验结果的一致性和可重复性。

• 高度自动化与易用性： SD-650MH配备智能触控界面和可编程控制系统，可自动完成抽真空、气体控制、功率调节和定时关机等流程操作，大大降低了操作人员的工作负担和失误风险。用户只需通过触屏设定参数即可一键启动镀膜；同时系统内置多重安全联锁保护（如真空互锁、溅射定时停止等），即使初学者也能快速上手并安全地进行操作。

• 模块化可拓展性： 系统采用模块化设计，用户可根据需求升级或扩展功能。例如，可由单靶配置升级为双靶，以实现多层膜的连续沉积；增加第二气路并配备质量流量计，以开展多气氛下的反应溅射实验；选配膜厚监控装置，实时监测并精确控制沉积速率和厚度；以及增配基片加热台、偏压电源等，以拓展更多工艺参数空间。这种灵活可定制的特性使SD-650MH能够适应不同科研项目和工艺开发的需要。

• 广泛的适用性： 凭借上述优异性能，SD-650MH既适合高校和科研院所在实验室开展基础研究，也能服务企业中试线的小规模生产验证。其体积小巧、运行成本低，便于在普通实验室环境部署，却同时具备接近工业级设备的稳定性和自动化程度。这使其成为国内外高等院校、科研机构以及新材料创新企业的理想选择，在科研和中试领域均展现出巨大价值。

SD-650MH高真空磁控溅射镀膜仪在某大学的成功部署与应用，充分证明了该系统在科研领域的实用价值。作为一款面向光电子学和新材料研究的先进镀膜设备，它兼具出色的性能表现、灵活的配置选择和友好的操作体验，不仅满足了高校实验室对高质量薄膜制备的需求，也为新材料技术从实验室走向中试奠定了基础。通过本案例可以预见，SD-650系列磁控溅射系统将在国内外的科研院所和创新企业中发挥越来越重要的作用，加速光电子器件与功能薄膜材料相关技术的研发进程。