Al/NiO含能复合薄膜材料研究(3)

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2 Al/NiO复合薄膜材料的制备

本章简要介绍了磁控溅射镀膜原理、用于制备Al/NiO多层复合薄膜的高真空多功能磁控溅射装置和复合薄膜的制备过程。

2.1 真空磁控溅射镀膜技术原理

所谓的“溅射”就是用荷能粒子（通常用气体正离子）轰击物体，引起物体表面原子从母体中溢出的现象。被荷能轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射，关于阴极溅射的理论解释主要有蒸发论、碰撞论和混合理论。当前倾向于混合论，即认为溅射是热蒸发和弹性碰撞的综合过程，对于一般的溅射装置，溅射膜的形成是利用真空辉光放电，加速正离子使其轰击靶材表面而引起溅射现象，使靶材表面放出的离子沉积到基片上形成薄膜。真空溅射沉积技术有以下优点：

（1）任何物质都可以进行溅射。只要是固体，都可以作为溅射靶材，尤其是具有高熔点，低蒸气压的元素和化合物；

（2）制备的薄膜密度高、针孔少，而且纯度较高；

（3）薄膜厚度可精确的控制，且重复性较好。由于溅射镀膜时的放电电流和靶电流可以分别进行控制，这样便可通过控制靶电流来控制膜厚。同时，它在较大面积上制备的薄膜厚度均匀；

(4)溅射的薄膜和基片之间的附着性好。由于溅射原子能量很高，一部分高能的溅射原子将在基片上产生不同程度的注入现象，形成一层溅射原子与基片原子相互“混溶”的伪扩散层。

本文采用的是真空磁控溅射镀膜技术制备实验用Al/NiO复合膜材料。真空磁控溅射镀膜技术本质上是从溅射沉积技术发展而来。具体来讲，磁控溅射的工作原理为[ ]：

电子e－在电场E的作用下，在飞向基片的过程中与惰性原子（以Ar原子为例）发生了碰撞，使Ar原子电离出Ar+和一个新的电子e－。电子继续飞向基片，而Ar+在电场的作用下加速飞向阴极靶，并以高的能量轰击靶材的变面，使靶材发生溅射。在溅射的粒子中，中性的靶原子或分子则沉积在基片上形成薄膜。二次电子e－一旦离开靶材，就同时受到电场和磁场的作用。于是，从靶材变面发出的二次电子e－首先在阴极暗区受到电子加速，飞到负辉区。进入负辉区的电子e－具有一定的速度，并垂直于磁力线运动。在这种情况下，电子e－由于受到磁场洛仑兹力的作用而绕着磁力线旋转运动。电子e－旋转半圈之后，重新进入到阴极暗区，受到电子的减速作用。当电子e－接近靶材表面时，速度即可降到零值。之后，电子又在电场的作用下，再次飞离靶材表面，开始一个新的运动周期。电子就这样周而复始，跳跃式地朝E（电场）B（磁场）所指的方向发生漂移，简称EB漂移。电子在正交磁场作用下的运动轨迹近似于一条摆线。文献综述

二次电子在环状磁场的控制下，运动的轨迹不仅很长，而且还被束缚在靠近靶材表面的等离子体区，它在该区域中电离出了大量的Ar+离子来轰击靶材，从而实现了磁控溅射成绩速率高的特点。随着碰撞次数的增加，电子e－的能量消耗殆尽，逐步远离靶材表面，并且在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，所以基片的温度较低。这就是磁控溅射具有“高速低温”特点的由来