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【Case Study / 案例分享】SD-650MH系列高真空磁控溅射镀膜仪 制备 聚酰亚胺薄膜 测试分析
来源: | 作者:VPI_LXJ | 发布时间: 2025-07-06 | 118 次浏览 | 分享到:
聚酰亚胺(Polyimide,简称PI)是一种因其优异耐热、电绝缘等性能而广泛应用于电子器件和航天领域的高分子材料。如何在实验室中制备均匀可控的超薄PI膜一直是材料科学领域的挑战。传统湿法涂覆往往厚度较大且难以精准控制,而等离子体聚合方法稳定性不足,难以制备高重现性的纳米级薄膜。磁控溅射作为一种成熟的物理气相沉积技术,以其过程稳定、可重复、厚度可控(可精确到纳米级)、薄膜均匀等优势在金属及无机薄膜制备中应用广泛。

能否利用磁控溅射技术来沉积聚酰亚胺这类有机高分子薄膜?结合VPI的研发团队的一次内部测试案例,从五个方面详细分析650MH系列高真空磁控溅射镀膜仪在聚酰亚胺靶材溅射制膜中的表现。通过分析与科普讲解,我们将展示该设备在低功率起辉、高真空稳定性和膜厚精确控制等方面的突出优势,以及其对敏感靶材的适应能力和便捷的操作体验。

白中略带粉红的等离子体发光可能源于聚酰亚胺分子被击碎后释放出的特定发光基团,也反映出与纯金属靶材溅射时常见的冷紫色氩等离子体有所不同。虽然这一现象需要更深入的光谱分析才能定性,但从实验体验上看,等离子体颜色的变化提示了有机靶材的参与程度:粉色调的出现意味着PI分子碎片进入了放电区域。操作人员据此也能粗略判断溅射过程是否顺畅:当粉色过于强烈时可能预示靶材过热或分解剧烈,需要适当降低功率或提高氩气流量进行缓冲。

 

聚酰亚胺靶材的敏感性主要体现为易放气、惧高温、绝缘难溅射。但在650MH高真空磁控溅射仪的优化条件下,这些挑战被一一克服:高真空度降低了有机物二次反应和污染,水冷靶枪和逐步升功率策略控制了靶材温升和放气速率,射频供电则保障了等离子体的持续稳定。本次测试证明,VPI的高真空系列溅射设备能够胜任像PI这样敏感靶材的溅射制膜任务,并在过程中提供良好的可控性

 

设备发热控制与功率调节策略

在磁控溅射过程中,持续的离子轰击不仅将原子从靶材表面溅射出来,同时也会产生相当的热量。对热的有效控制是保证溅射过程稳定以及保护靶材/基片的重要一环。650MH系列镀膜仪在设计和操作策略上都体现出对发热问题的周全考虑,本节我们结合测试情况介绍设备的散热特性和功率调节策略。

 

高效水冷与热管理: 为避免靶材过热,650MH配备了水冷靶枪作为标准配置。实验中我们始终开启循环冷却水,对磁控靶头进行冷却。正是这套水冷系统保证了在20–30W持续溅射PI靶材时,靶面温度被有效控制,没有出现靶材因过热融化或烧焦的现象。根据设备手册介绍,充分冷却对于磁控溅射是不可或缺的:相当大一部分放电能量会转化为热,如果缺乏冷却,靶源温度可飙升至上千摄氏度,足以熔化靶材。在本案例中,聚酰亚胺这种高分子材料相比金属更耐受温度有限,但借助SD-650MH高效的水冷散热,我们在较高功率下依然维持了靶面的稳定温度,确保溅射过程安全进行。

 

低基片温升的磁控设计:650MH的磁控溅射源经过特殊设计,既满足溅射速率,又兼顾了对样品加热的抑制。该设备采用环形靶材结构并在靶周围配置环形磁极,形成特殊磁场分布来偏转轰击靶材的电子轨迹。这一设计改进自传统的二极管溅射,使等离子体主要集中于靶材表面环形区域,而远离样品正对靶面的区域。同时,中间增加的永磁体有助于捕获高速电子。这些措施将过多的电子轰击挡在了基片表面之外,有效克服了常规二极溅射中基片受热严重的问题。换言之,650MH能够在保证溅射效率的同时,使样品台温升保持很低。这对本次实验尤为重要:如果PI靶材本身温度太高,不仅靶材受损,放气也会更加剧烈;而若我们以后的应用中基片是有机材料或温度敏感器件,这一低温沉积特性将极大减少对基片的热损伤。此次PI溅射过程中,我们的样品载台几乎没有明显发热,印证了该设备