离子溅射仪MSP-1S在不同材料薄膜制备中如何精准调控参数以满足性能要求

光学薄膜制备中的参数调控

• Nb₂O₅光学薄膜：在制备 Nb₂O₅光学薄膜时，辅助离子源的离子束能量和离子束流对薄膜特性影响显著。研究表明，在不同参数下，折射率在波长 550nm 处为 2.310 - 2.276，应力值为 - 281 - 152MPa。为获得良好光学特性和薄膜微结构，需精确控制这些参数。例如，合适工艺参数下，消光系数可小于 10⁻⁴，薄膜表面平整度佳。若期望提高薄膜折射率，可适当增加离子束能量，促进原子沉积过程中的能量传递，使薄膜原子排列更紧密，从而提高折射率。而对于应力控制，若应力过大可能导致薄膜龟裂，影响光学性能，此时可通过调整离子束流，优化离子轰击强度，以降低应力。

• SiO₂薄膜：离子束溅射（IBS）制备的 SiO₂薄膜通常存在较高压应力，影响其性能。研究发现，采用高能 O₂辅助离子轰击，可在保持高光学质量的同时，将应力从 490MPa 降至 48MPa。因此，在制备 SiO₂光学薄膜时，要精准控制 O₂辅助离子的能量、流量以及轰击时间等参数。如适当增加 O₂流量，可增强其与溅射原子的反应，改变薄膜内部结构，降低应力。同时，控制轰击时间也很关键，过长可能导致薄膜表面损伤，影响光学性能。

功能性薄膜制备中的参数调控

• MAX 和 MXene 相薄膜：制备 MAX 和 MXene 相薄膜分两步，首先用低能离子轰击元素靶材，可形成混合相均匀层或各相多层阵列；然后进行真空热退火，诱导扩散和相互作用，形成所需结构的复合材料。在第一步中，离子能量、靶材选择及轰击顺序是关键参数。例如，选择合适的离子能量，既能保证有效溅射原子，又避免对靶材过度损伤。不同靶材的先后轰击顺序或同时轰击，会影响最终薄膜的相结构和成分分布。在热退火步骤中，温度和时间的精准控制至关重要。温度过低或时间过短，扩散和相互作用不充分，无法形成理想结构；温度过高或时间过长，可能导致薄膜过度生长或结构破坏。

• SiC 薄膜：采用脉冲直流磁控溅射制备 SiC 薄膜时，功率脉冲频率对薄膜性能影响较大。研究表明，所有沉积薄膜与基底附着力良好，呈光滑致密的非晶结构，且薄膜硬度随脉冲频率增加而增大。当脉冲频率为 250kHz 时，薄膜具有最佳力学性能，硬度达 25.74GPa，附着力约 36N。因此，若要提高 SiC 薄膜的硬度等力学性能，可适当提高功率脉冲频率。但需注意，过高频率可能导致其他问题，如等离子体不稳定，影响薄膜均匀性。

半导体薄膜制备中的参数调控

• Si 薄膜：采用离子束溅射技术制备 Si 薄膜时，生长束流和温度是关键参数8。在低生长束流（4 - 10mA）和低温（25 - 300℃）范围内研究发现，300℃时采用 6mA 的生长束流，可在硅衬底上得到结晶性和完整性较好的 Si 外延薄膜；25℃时可实现 Si 薄膜的低温晶化生长，得到多晶结构。若期望获得高质量的外延 Si 薄膜，需严格控制生长束流和温度在合适范围。如温度过低，原子迁移率低，难以形成规则晶体结构；生长束流过大，可能导致原子沉积过快，无法有序排列，影响薄膜质量。

金属薄膜制备中的参数调控

• Ti 薄膜：利用离子束溅射沉积制备 Ti 薄膜时，通过 X 射线衍射和原子力显微镜研究发现，可优化沉积条件获得仅具有 (001) 择优取向的薄膜微晶，且表面粗糙度超低，达 0.55nm，薄膜在 300℃退火时保持稳定。在这个过程中，氩离子束的能量、流量以及沉积时间等参数对薄膜晶体取向和表面形态有重要影响。例如，合适的氩离子束能量可精确控制对 Ti 靶材的溅射效果，使 Ti 原子以特定方向沉积，形成 (001) 择优取向。沉积时间则影响薄膜厚度，精准控制沉积时间可获得满足特定性能要求的薄膜厚度。

其他材料薄膜制备中的参数调控

• Ta₂O₅薄膜：采用离子束溅射技术制备 Ta₂O₅薄膜用于紫外高反射吸收薄膜时，通过调控氧气流量可实现具有不同吸收的 Ta₂O₅薄膜的制备。氧气流量影响 Ta₂O₅薄膜的化学组成和结构，进而影响其光学吸收性能。如增加氧气流量，可能使 Ta₂O₅薄膜中氧含量增加，改变其能带结构，从而调整吸收特性。通过精确控制氧气流量，结合薄膜设计，可制备出满足特定吸收率要求的紫外高反射吸收薄膜。

• Si 薄膜用于宽带吸收薄膜：在制备用于宽带吸收的 Si 薄膜时，研究氧气、氮气流量对其光学特性的影响十分关键。通过改变氧气、氮气流量，可调整 Si 薄膜的化学组成和微观结构，进而改变其在可见光和近红外波段的吸收特性。例如，适当引入氧气，可能在 Si 薄膜表面形成硅氧化物，改变其光学常数，实现对特定波段吸收的调控。同时，结合透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法，精确计算 Si 薄膜的光学常数，为设计和制备满足特定吸收率要求的宽带吸收薄膜提供依据。