西安工业学院严一心（西安710043） 1前言 薄膜技术在制备电子元器件中起着非常重要的作用，例如采用真空蒸镀法或溅射法镀制薄膜混合集成电路、薄膜电阻器、薄膜电容器、薄膜网络器件、薄膜表面波器件、透明导电膜……等等。本文介绍近几年来发展起来的两种新的镀膜技术：离子束辅助蒸发镀膜、非平衡磁控溅射镀膜。 2离子束辅助蒸发镀膜技术 离子束辅助蒸发镀膜是近年来受到日益重视的新技术，因为目前大量使用的热蒸发技术镀制的薄膜存在结构松驰、膜层性能不稳定、寿命短、牢固度差等缺点，根据薄膜的微观结构分析，是因热蒸发镀制膜层呈柱状结构，如图1所示。在柱状间隙中，潮气的吸附和渗透造成上述缺陷。产生柱状结构的原因是由于热蒸发的原子或分子在基片上的能量很低（大约为0.2电子伏），表面的迁移率很小，加上已经淀积的原子或分子造成的阴影，使薄膜具有显著的柱状生长的特征。离子束辅助蒸发膜是在热蒸发镀膜的同时，用离子束轰击，把离子束携带的能量传递给原子或分子，增加它们的迁移率，可使膜层致密、均匀，提高薄膜器件的稳定性及抗腐蚀能力,改善其机械性能；可以在较低的基片温度下镀膜，从而缩短镀膜时间，提高工作效率，节省水电消耗。离子束辅助镀膜装置如图2所示。 由图2可看出，只要在现有的真空镀膜机上安装一台宽束离子源，就可实现离子束辅助镀膜新工艺。宽束离子源产生的离子束的束流密度、能量、入射角可以精确控制。实现离子束辅助蒸发镀膜的核心部件是宽束离子源。目前国内外使用较多的是热阴极考夫曼离子源,但其使用寿命短。由西安工业学院研制的冷阴极潘宁宽束离子源具有结构简 图1薄膜 的 柱 状 结 构 沼气储气罐图2离子束辅助蒸发装置 1 离子源2 基片3 挡板4 蒸发器钻井泥浆泵 图3宽束冷阴极离子源工作原理示意图 动力电池模拟电源1 阴极2 阳极3 下阴极4 引出极 图 4 平 衡 磁 控 图 5 非 平 衡 磁 控 图6平衡磁控溅射 图7非平衡磁控溅射等离子区 单、操作方便、工作稳定、寿命长等特点，荣获部级科技进步二等奖，并在国内几十台镀膜机上安装使用，取得良好的社会效益与经济效益。 宽束冷阴极离子源的基本工作原理如图3所示。它是靠离子轰击阴极表面产生的二次电子来维持放电的。从阴极发出的二次电子，在阴极电压加速下穿过阴极圆筒，下阴极又使电子反射回来。这样，电子在阴极与下阴极之间来回振荡。同时，在外加轴向磁场作用下，电子作螺旋运动，大大加长了电子的运动路程，提高了气体电离几率，在低气压（10－2乇～10－4乇）下，形成辉光放电。气体放电使整个放电室内形成等离子体，在引出极电压的作用下，离子从等离子体中引出。 3非平衡磁控溅射技术 磁控溅射技术在电子工业中有着广泛的用途，如制作导体薄膜、介质薄膜、半导体薄膜、超导薄膜等等，与其他镀膜技术相比，它的优点有：靶的寿命长；不采用有毒性、腐蚀性和危险性的气体；操作维修方便；可以采用合金靶、复合靶、镶嵌靶等来制取满足成分要求的合金薄膜、多层薄膜。由于溅射镀膜属于非热平衡沉积过程，因此也能制取一些非晶态物质薄膜和亚稳相薄膜等。目前国内采用的磁控溅射技术均是平衡磁控溅射，如图4所示。通过外磁极表面的磁通量与通过内磁极表面的磁通量是相同的为平衡磁控。若通过外磁极表面的磁通量比通过内磁极表面的磁通量强或弱则为非平衡磁控，如图5所示。平衡磁控溅射技术由于低电离度及镀膜过程中的阴影效应，导致多孔的薄膜结构，而使薄膜性能下降，而非平衡磁控溅射的等离子区，仅局限在靶面附近，随着靶离阴极距离的增加，电离度明显下降。图7为非平衡磁控溅射的等离子区，它扩大到基片表面，因此，在基片表面成膜过程中，有高密度及适当能量的离子流轰击基片（工作）表面，对成核、表面形态、膜层组分、结晶机构和膜层应力都有显著影响。离子的轰击大大改善了薄膜的性能，所以该非平衡磁控溅射是溅射技术上极大的突破。此外，平衡磁控溅射镀膜仅适合镀平板工件，而非平衡磁控溅射可镀立体的或多量的工件，进一步提高了镀膜的品种和效率。 西安工业学院正从白俄罗斯引进一台非平衡磁控溅射与真空电弧离子镀相结合的镀膜设备，这台设备可在低温下（150℃～400℃）形成表面光滑细致、附着性好、高品质的薄膜涂层。本着引进、吸收、创新的精神，目前我们正在研究这一薄膜新技术。 | 
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