为提升铜基部件在严苛环境下的耐久性,常需在其表面沉积一层“防护”薄膜。本次在和用户研究的过程中,利用SD-650MH型高真空磁控溅射镀膜设备,在铜基底表面沉积3μm厚的纯钛薄膜,以显著提高铜件的耐腐蚀性能和膜-基结合力。
镀膜结束:当达到目标膜厚后,先关闭溅射电源,停止氩气流量并关闭进气阀。此时不立即放气开舱取出样品,而是保持高真空密闭冷却约10分钟。让沉积完的工件在真空中自然降温可以避免膜层因骤冷接触空气而瞬时氧化或开裂。冷却后缓慢引入氮气至大气压,打开舱门取出完成镀膜的铜件。
上述流程确保每个步骤均在受控条件下进行:从前处理洁净度、真空环境质量到等离子体稳定性,均有严格保障,从而为制备高质量钛膜打下基础。
注* 在传统固定压力溅射中,往往要在较低功率下长时间运行才能保证膜附着力和密度。而通过实时调整真空压力,本次测试成功地将溅射速率从0.5 Å/s提高到了5.2 Å/s。具体而言,在沉积过程中利用设备的真空反馈系统不断微调氩气流量,使工作压力保持在最有利的≈5Pa左右。这一动态优化带来了两方面好处:其一,等离子体密度增大显著加快了钛原子的溅射和沉积速率;其二,溅射过程更加稳定,可重复性提高。同时,压力稳定在最佳区间避免了过低压力下等离子体不稳的问题,整个过程中真空度波动被严格控制在±3%以内。因此,动态真空控制有效提升了工艺效率和稳定性,对于规模化制备厚膜具有重要意义。
起始氩气放电呈现紫红色辉光,表示以氩离子轰击为主,此阶段溅射主要清洁靶面;随后当真空度提升、钛原子大量溅射时,辉光转为明亮的蓝色,表明钛等离子体占主导,镀膜进入稳定沉积期。这种由紫红转蓝的转变,成为判断真空调节是否到位的重要标志。此外,一旦观察到辉光出现异常闪烁或局部暗淡,则提示可能进入不稳定压强区间,应立即暂停调整并检查真空系统密封情况。可以说,辉光颜色是磁控溅射过程的“窗口”,操作中结合传感器读数与目视监控,大大提高了工艺的安全性和可控性。
溅射速率的动态调整得益于上述真空与等离子体控制。随着真空度优化,单位时间内溅射出更多的钛原子,实现快速沉积。但同时通过暂停和监测,避免了单纯追求速率而引发的等离子体失稳。这种动态平衡控制使3μm厚的钛膜能够在相对较短时间内沉积完毕,同时膜质保持致密均匀,没有因过快沉积导致的应力缺陷。通过记录压力、辉光、速率随时间的变化曲线,可以为后续类似工艺提供数据参考,从而不断优化磁控溅射工艺参数。
因此:动态真空优化 + 等离子体光学监控 + 自动反馈控制,构成了本次实验的最终组合。这些手段的应用显著提升了镀膜过程的效率、稳定性和可监控性,也充分发挥了SD-650MH设备的先进功能。
关键设备参数汇总
为便于理解本工艺的核心控制点,下表汇总了关键工艺参数及其对镀膜结果的影响: