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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 | 125 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。

且中等功率(20–30W)条件后,监测数据的稳定性大幅改善。首先,等离子体在高真空下更加稳定,QCM晶振上的沉积趋于均匀持续;其次,20W以上的功率保证了足够的溅射率,使速率提升到0.03–0.06Å/s量级,大大高于噪声水平。在这种条件下,监测仪读数虽然仍有一定范围波动(约±0.01Å/s),但已经可以清晰地反映出功率变化对沉积速率的影响:例如从20W提高到30W时,速率读数对应从0.04提高到0.06Å/s。我们将多个数据点做了记录,发现速率随功率的上升接近线性关系,这与预期的溅射理论一致,也验证了监测仪读数的可信度。需要说明的是,由于材料参数设定可能有偏差,这些速率值未必代表真实的PI膜厚增长速率,但作为相对比较已经足够。如果日后要获得绝对准确的厚度,我们可以通过对比其他测厚手段(如膜厚仪读数与实际截面SEM测量或椭偏仪测量比对)来校准PI的等效密度/声阻参数。然而就本次测试目的——评估设备性能而言,相对速率的稳定本身就证明了设备的镀膜可控性

 

膜厚测量的辅助方法:除了实时的QCM监控,我们也对镀制的薄膜进行了事后测量。由于PI薄膜肉眼难以察觉,我们选择在硅片基底上溅射一定时间后,利用台阶仪(探针轮廓仪)测量薄膜厚度。在一次典型实验中,我们以25W功率在~1Pa下溅射20分钟,QCM累计厚度读数约为30nm。实际用台阶仪测得Si片上膜厚约25–35nm范围,考虑到膜的均匀性和附着情况,这与监控仪读数相当接近,证明监控设置虽未经严格校准但已具有参考价值。数据的波动情况部分也可归因于测试环境的微小扰动——比如我们发现当附近有大型设备启停时,真空计和晶振都会出现微弱的跳变,这提示实验环境的隔振和稳压也是影响因素之一。

 

650MH自带/选配的膜厚监测系统为我们提供了实时掌控沉积过程的手段。在优化后的工艺条件下,数据波动减小,溅射速率和厚度均可预测控制。这种能力使科研人员能精确沉积所需厚度的薄膜,并通过程序设定在达到目标厚度时自动关闭溅射电源——避免过厚或不足。在材料研究中,这种膜厚重现性对于实验结果的可靠性至关重要。本次针对PI靶材的测试表明,即使面对“难对付”的有机靶材,只要条件选择适当,650MH依然能够实现稳定的镀膜速率和厚度控制

 

性能优势与应用

通过以上五个方面的详细分析,VPI公司650MH系列高真空磁控溅射镀膜仪在聚酰亚胺靶材溅射制膜测试中展现出了卓越的性能和操作体验