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柔性基底上直流磁控溅射沉积金属铝膜的研究
柔性基底上直流磁控溅射沉积金属铝膜的研究
摘要：本研究旨在探究柔性基底上直流磁控溅射沉积金属铝膜的制备工艺参数对铝膜质量的影响。通过改变沉积参数，如溅射功率、气压和基底温度等，对制备的铝膜进行表征分析，发现溅射功率和气压对铝膜结构有明显影响，而基底温度对铝膜成分和结构有重要影响。
关键词：直流磁控溅射；柔性基底；铝膜；工艺参数。
1、引言
随着人们对电子器件和新能源的需求不断增加，薄膜技术在各个领域中得到越来越广泛的应用。薄膜技术是通过在底材上沉积一层薄膜，使底材的表面性能得到改善。目前，金属薄膜制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、物理涂敷和化学涂敷等。其中，物理气相沉积是一种较为常用的制备金属薄膜的方法。
本研究采用直流磁控溅射技术在柔性基底上制备金属铝膜。其特点是具有高沉积速率、良好的膜层均匀性和优良的附着性，这使得它成为一种被广泛应用的金属薄膜制备技术。
2、实验部分
2.1实验材料
基材：聚酰亚胺（PI）
溅射靶材：高纯铝片
2.2实验方法
将柔性基材PI拉伸放置在室温下固定，进入真空室内，用蒸发器蒸发一定量的硅油，使薄膜表面与前处理更加平整。然后将真空度提高至5×10^-4Pa，打开氩气流量计和直流电源开关，并设定任意的直流电压和各参数，进行氩气气氛下高纯铝溅射。控制各参数不变，重复多次实验，制备金属铝膜。最后，将金属铝膜取下进行结构和成分的表征。
2.3实验参数
基底温度：室温、50℃、100℃、150℃、200℃
溅射功率：50W、100W、150W、200W
气体气压：1.0Pa、2.0Pa、3.0Pa、4.0Pa、5.0Pa
2.4材料表征
X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、光学显微镜（OM）和能量色散谱仪（EDS）。
3、结果分析
3.1溅射功率和气压对铝膜结构的影响
在相同的气压下，溅射功率愈大，致使溅射在空间中的程度愈强，铝膜中晶粒尺寸增大，晶体结构（111）的强度也相应增强。由于强烈的溅射会导致溅射材料离子和电子的碰撞激发而形成的等离子体密度增大，因此在高功率下的铝膜垂直度明显提高。
在相同的溅射功率下，气压的不同也会影响铝膜的结构。因为在气压越高时，有越多的气体分子和离子的碰撞激活效应。铝离子和氩离子在气压越高时的能量越小，而能量越小时，两个离子的交叉碰撞概率增加，也就是溅射离子的发射率增加。从XRD的结果得出，当气压增加时，铝膜中(111)面逐渐增强。
3.2基底温度对铝膜成分和结构的影响
基底温度对铝膜的性质有重要影响，当基底温度增加时，铝膜的膜厚增加，同时铝膜的密着度和成分也发生变化。在基底温度为100-200℃时，铝膜中残留氧和杂质含量较低，铝膜中的(111)和(200)晶面强度相对均匀，表明铝膜薄而致密，粒径较小，颗粒分布均匀，晶界结合更紧密。
4、结论
本研究采用直流磁控溅射技术在柔性基底上制备金属铝膜，研究不同工艺参数对铝膜质量的影响。通过实验结果得出以下结论：
（1）溅射功率和气压对铝膜结构有明显影响，随着功率的增加和气压的升高，铝膜中晶粒尺寸增大，晶体结构（111）的强度也相应增强。
（2）基底温度对铝膜成分和结构有重要影响，当基底温度增加时，铝膜的膜厚增加，同时铝膜的密着度和成分也发生变化。
（3）在合适的工艺条件下，制备的金属铝膜具有均匀、致密的特性，适合在电子器件和新能源领域中广泛应用。
5、参考文献
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