磁控溅射镀膜工艺：揭示决定品质的关键参数
大规模工业化生产中常见的几种镀膜工艺主要包括蒸发镀、溅射镀和离子镀等几种类型，不同类型的镀膜工艺有着各自的特点和应用领域。
在光伏产业铺天盖地式发展的今天,不同类型的镀膜工艺同样在各种结构类型光伏太阳电池(包括非晶硅薄膜太阳电池、确化辐薄膜太阳电池、铜钿嫁硒薄膜太阳电池和晶体硅太阳电池)的生产制作过程中得到了广泛地应用,特别是薄膜类光伏太阳电池,无论是研发还是生产其成败在很大程度上都要取决于镀膜工艺和技术。
可以说，光伏太阳电池,尤其是薄膜类电池的研发、生产和制作的整个过程都需要借助镀膜工艺来加以实现，因而镀膜工艺和技术直接影响着光伏太阳电池的电学性能，在整个光伏产业的发展中起到了举足轻重的作用。
溅射阈值
溅射阈值是将靶材原子溅射出来所需的入射离子的最小能量值。入射离子的种类对其影响较小，而靶材却息息相关。
能离子量超过溅射阈值后，在150ev以前，溅射产额和离子能量的平方成正比；在150ev~1kev之间，溅射产额和离子能量成正比；在1kev~10kev范围内，溅射产额无显著变化；而能量再增加，溅射产额呈现下降的趋势。
溅射产额
溅射产额是入射离子轰击靶材时，平均每个正离子能从靶材打出的原子数。这一数值主要受到靶材的原子序数、入射离子的种类、离子入射角度以及靶材的温度的影响。
1、溅射产额随靶材原子序数的变化呈现出一种有趣的周期性模式。具体来说，随着靶材原子壳层电子填满程度的增加，溅射产额也会相应变大。
2、入射离子种类对溅射产额的影响，溅射产额随入射原子序数增加而周期性增加。
3、离子入射角度对溅射产额的影响也十分显著。在相同的靶材和入射离子条件下，溅射产额会随着离子入射角的增大而增加。当角度增大到70°~80°时，溅射产额达到最大值；继续增大入射角，溅射产额会急剧减小；当角度达到90°时，溅射产额为零。
4、靶材的温度对溅射产额的影响也不容忽视。通常在某一温度范围内，溅射产额与升华能密切相关，溅射产额几乎不受温度变化的影响。但当温度超过这一范围时，溅射产额会有急剧增加的倾向。
综上所述，对于磁控溅射真空镀膜设备来说，每一个参数都至关重要。为了满足客户需求和市场要求，我们必须严格控制并达标每一个参数，从而完成高质量的镀膜工艺和业务。
膜厚均匀性
磁控溅射真空镀膜机在镀制薄膜时，均匀性是一个至关重要的考量因素。为了提升磁控溅射的均匀镀膜效果，我们深入研究了影响其均匀性的各种要素。
磁控溅射技术的核心原理在于，通过正交电磁场中的闭合磁场，将电子束缚在靶面周围进行螺旋运动。
这些高速运动的电子与工作气体氩气发生碰撞，使其电离出大量氩离子。
随后，在电场的作用下，这些氩离子加速轰击靶材，将靶原子、离子（或分子）溅射出来，最终沉积在基片上形成薄膜。
为了实现均匀的镀膜效果，必须确保靶原子、离子（或分子）的溅射过程也是均匀的。
这就要求轰击靶材的氩离子能够均匀分布。鉴于氩离子是在电场作用下进行加速轰击的，因此电场的均匀性至关重要。
而氩离子的产生又依赖于闭合磁场束缚的电子与氩气的碰撞过程，所以磁场的均匀性和氩气的分布均匀性同样不可或缺。
然而，在实际的磁控溅射装置中，这些因素的绝对均匀性很难完全实现。
因此，研究这些不均匀因素对成膜均匀性的影响显得尤为重要。
实际上，磁场的均匀性和工作气体的均匀性是决定成膜均匀性的最主要因素。
具体来说，磁场强度较大的区域膜厚较大，反之则膜薄；同时，磁场方向也会对均匀性产生重要影响。此外，在一定气压条件下，气压大的区域膜厚较大，气压小的区域则膜薄。
综上所述，通过对磁场、电场、工作气体以及气压等关键因素的精准控制与研究，我们可以更有效地实现磁控溅射的均匀镀膜目标。
为了解决磁控溅射真空镀膜机的不均匀性问题，我们采取了以下措施：
1.优化磁场设计，确保均匀性和方向一致性。
2.精心设计真空腔体，优化气压分布。
3.采用气压补偿策略，以弥补磁场不均匀性。
4.调整靶基距，优化溅射过程。
通过这些措施，我们成功提高了镀膜的均匀性，实现了更佳的镀膜效果。
靶材镀膜沉积速率
在磁控溅射过程中，影响靶材镀膜沉积速率的因素众多，但今天我们将重点关注三个核心要素：溅射电压、溅射电流和溅射功率。
1.溅射电压在成膜速率中起着重要作用。电压的升高会加快溅射速率，这种影响在溅射沉积所需的能量范围内是渐进且稳定的。高电压意味着入射离子具有更高的能量，从而更容易从固体靶材中溅射出原子并沉积在基板上形成薄膜。
2.溅射电流同样对溅射速率产生显著影响。磁控靶的溅射电流与靶材表面的离子电流成正比。在最佳气压下，沉积速度达到最快，这是磁控溅射的一个普遍规律。通过调整工作电压或工作气体压力，我们可以有效地改变溅射电流，从而优化溅射过程。
3.溅射功率对沉积速率的影响与溅射电压类似。提高磁控靶材的溅射功率通常可以增加成膜率。然而，这并非绝对，因为在低溅射电压(例如200伏左右)和高溅射电流的情况下，尽管平均溅射功率不低，但离子可能无法被有效溅射和沉积。因此，确保施加在磁控靶材上的溅射电压足够高，使工作气体离子在电场中的能量超过靶材的“溅射能量阈值”，是实现有效溅射和沉积的关键。
综上所述，溅射电压、溅射电流和溅射功率是影响磁控溅射靶材镀膜沉积速率的重要因素。
通过合理调整这些参数，我们可以优化溅射过程，提高成膜效率和质量。
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原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：薄膜类光伏电池关键工艺：磁控溅射镀膜的重要参数
