離子濺射儀MSP-1S在不同材料薄膜制備中如何精準調控參數以滿足性能要求

光學薄膜制備中的參數調控

• Nb?O?光學薄膜：在制備 Nb?O?光學薄膜時，輔助離子源的離子束能量和離子束流對薄膜特性影響顯著。研究表明，在不同參數下，折射率在波長 550nm 處為 2.310 - 2.276，應力值為 - 281 - 152MPa。為獲得良好光學特性和薄膜微結構，需精確控制這些參數。例如，合適工藝參數下，消光系數可小于 10??，薄膜表面平整度佳。若期望提高薄膜折射率，可適當增加離子束能量，促進原子沉積過程中的能量傳遞，使薄膜原子排列更緊密，從而提高折射率。而對于應力控制，若應力過大可能導致薄膜龜裂，影響光學性能，此時可通過調整離子束流，優化離子轟擊強度，以降低應力。

• SiO?薄膜：離子束濺射（IBS）制備的 SiO?薄膜通常存在較高壓應力，影響其性能。研究發現，采用高能 O?輔助離子轟擊，可在保持高光學質量的同時，將應力從 490MPa 降至 48MPa。因此，在制備 SiO?光學薄膜時，要精準控制 O?輔助離子的能量、流量以及轟擊時間等參數。如適當增加 O?流量，可增強其與濺射原子的反應，改變薄膜內部結構，降低應力。同時，控制轟擊時間也很關鍵，過長可能導致薄膜表面損傷，影響光學性能。

功能性薄膜制備中的參數調控

• MAX 和 MXene 相薄膜：制備 MAX 和 MXene 相薄膜分兩步，首先用低能離子轟擊元素靶材，可形成混合相均勻層或各相多層陣列；然后進行真空熱退火，誘導擴散和相互作用，形成所需結構的復合材料。在第一步中，離子能量、靶材選擇及轟擊順序是關鍵參數。例如，選擇合適的離子能量，既能保證有效濺射原子，又避免對靶材過度損傷。不同靶材的先后轟擊順序或同時轟擊，會影響最終薄膜的相結構和成分分布。在熱退火步驟中，溫度和時間的精準控制至關重要。溫度過低或時間過短，擴散和相互作用不充分，無法形成理想結構；溫度過高或時間過長，可能導致薄膜過度生長或結構破壞。

• SiC 薄膜：采用脈沖直流磁控濺射制備 SiC 薄膜時，功率脈沖頻率對薄膜性能影響較大。研究表明，所有沉積薄膜與基底附著力良好，呈光滑致密的非晶結構，且薄膜硬度隨脈沖頻率增加而增大。當脈沖頻率為 250kHz 時，薄膜具有最佳力學性能，硬度達 25.74GPa，附著力約 36N。因此，若要提高 SiC 薄膜的硬度等力學性能，可適當提高功率脈沖頻率。但需注意，過高頻率可能導致其他問題，如等離子體不穩定，影響薄膜均勻性。

半導體薄膜制備中的參數調控

• Si 薄膜：采用離子束濺射技術制備 Si 薄膜時，生長束流和溫度是關鍵參數8。在低生長束流（4 - 10mA）和低溫（25 - 300℃）范圍內研究發現，300℃時采用 6mA 的生長束流，可在硅襯底上得到結晶性和完整性較好的 Si 外延薄膜；25℃時可實現 Si 薄膜的低溫晶化生長，得到多晶結構。若期望獲得高質量的外延 Si 薄膜，需嚴格控制生長束流和溫度在合適范圍。如溫度過低，原子遷移率低，難以形成規則晶體結構；生長束流過大，可能導致原子沉積過快，無法有序排列，影響薄膜質量。

金屬薄膜制備中的參數調控

• Ti 薄膜：利用離子束濺射沉積制備 Ti 薄膜時，通過 X 射線衍射和原子力顯微鏡研究發現，可優化沉積條件獲得僅具有 (001) 擇優取向的薄膜微晶，且表面粗糙度超低，達 0.55nm，薄膜在 300℃退火時保持穩定。在這個過程中，氬離子束的能量、流量以及沉積時間等參數對薄膜晶體取向和表面形態有重要影響。例如，合適的氬離子束能量可精確控制對 Ti 靶材的濺射效果，使 Ti 原子以特定方向沉積，形成 (001) 擇優取向。沉積時間則影響薄膜厚度，精準控制沉積時間可獲得滿足特定性能要求的薄膜厚度。

其他材料薄膜制備中的參數調控

• Ta?O?薄膜：采用離子束濺射技術制備 Ta?O?薄膜用于紫外高反射吸收薄膜時，通過調控氧氣流量可實現具有不同吸收的 Ta?O?薄膜的制備。氧氣流量影響 Ta?O?薄膜的化學組成和結構，進而影響其光學吸收性能。如增加氧氣流量，可能使 Ta?O?薄膜中氧含量增加，改變其能帶結構，從而調整吸收特性。通過精確控制氧氣流量，結合薄膜設計，可制備出滿足特定吸收率要求的紫外高反射吸收薄膜。

• Si 薄膜用于寬帶吸收薄膜：在制備用于寬帶吸收的 Si 薄膜時，研究氧氣、氮氣流量對其光學特性的影響十分關鍵。通過改變氧氣、氮氣流量，可調整 Si 薄膜的化學組成和微觀結構，進而改變其在可見光和近紅外波段的吸收特性。例如，適當引入氧氣，可能在 Si 薄膜表面形成硅氧化物，改變其光學常數，實現對特定波段吸收的調控。同時，結合透、反射光譜和橢偏光譜的全光譜數值擬合法，精確計算 Si 薄膜的光學常數，為設計和制備滿足特定吸收率要求的寬帶吸收薄膜提供依據。