如何溅射金？精密薄膜涂层指南

溅射金是一种物理气相沉积（PVD）方法，用于在表面上沉积一层极其薄且均匀的金。它不涉及化学反应。相反，它使用来自惰性气体（如氩气）的高能离子，物理地将金原子从固体源材料（称为靶材）上撞击下来。这些被撞击下来的金原子随后穿过真空，沉积到目标物体或基板上，形成涂层。

从本质上讲，金溅射是一个高度受控的原子级喷砂过程。它利用带电的气体离子从纯金源上剥离出单个原子，这些原子随后在真空室内的目标表面上沉积成一致的薄膜。

核心机制：从惰性气体到金膜

理解溅射过程需要将其分解为在精确控制的条件下发生的一系列物理事件。

整个过程必须在高真空室中进行。这一初始步骤至关重要，因为它会清除大气中的气体，如氧气和氮气，这些气体可能会与金发生反应或干扰沉积过程，从而污染最终薄膜。

建立真空后，向腔室中充入少量经过精确计量的、高纯度的惰性气体，最常见的是氩气 (Ar)。这种气体不会与金发生化学反应，但将作为溅射过程的“弹药”。

对固体金靶材施加很强的负电压。这种高电压通过剥离氩气原子的电子来使其电离，从而产生带正电的氩离子 (Ar+) 和自由电子的混合物。这种带电的、发光的物质状态被称为等离子体。

带正电的氩离子被强力加速，射向带负电的金靶材，就像磁铁的异性极相互吸引一样。它们以显著的动能撞击金靶材的表面。

这种高能撞击就是“溅射”事件。氩离子传递的动量被转移到靶材表面的金原子上，赋予它们足够的能量而被撞击下来或从靶材上“溅射”出去。这些被喷射出的中性金原子然后直线传播，直到它们撞击到表面——包括您的基板——在那里它们凝结形成一层薄而均匀的薄膜。

几个关键组件协同工作，使该过程成为可能。

这是涂层的源材料。它是一个极高纯度的金圆盘或板。纯度至关重要，因为靶材中的任何杂质都将转移到最终薄膜中，可能改变其电气或光学特性。

这简单地指您打算镀金的物体或材料。它可以是从用于电子学的硅晶圆到用于显微镜检查的生物样本。

现代溅射系统通常在靶材后方放置磁铁。这种装置被称为磁控管，它利用磁场将等离子体中的自由电子限制在靶材表面附近。这增强了氩气的电离，使溅射过程效率更高，并允许在较低的压力下运行。

尽管溅射过程功能强大，但它并非没有复杂性。获得高质量的结果取决于对几个变量的仔细控制。

最终薄膜的纯度与其源材料一样高。使用较低纯度的金靶材可能会引入杂质，从而降低导电性、增加接触电阻或改变光学特性。对于高性能应用来说，这是一个关键因素。

“泄漏”或不足的真空是一个常见的故障点。如果真空度差，残余的大气原子在飞行过程中会与被溅射的金原子发生碰撞，可能导致它们发生反应或散射。这会导致薄膜受到污染、密度降低且附着不良。

沉积金层的厚度由两个主要因素控制：施加到靶材的功率和沉积时间。更高的功率会导致更强烈的离子轰击和更快的沉积速率。精确控制这些参数对于制造具有可重复和特定厚度的薄膜至关重要。

在特定应用中，金溅射因其独特的性能而受到青睐。

如果您的主要重点是为电子显微镜 (SEM) 准备非导电样品： 溅射一层薄薄的金涂层可以为样品提供一个接地的导电通路，防止电荷积聚，从而实现清晰、高分辨率的成像。
如果您的主要重点是制造高可靠性的电接触点： 溅射金是连接器、焊盘和电子设备中电极的理想选择，因为它具有出色的导电性以及卓越的抗腐蚀和抗氧化能力。
如果您的主要重点是制造光学元件： 精确控制的溅射金层可用于制造特殊镜面和滤光片，尤其适用于红外应用。

归根结底，金溅射是一种精确且多功能的方法，用于在原子尺度上对表面进行工程设计，为科学和技术提供关键的性能支持。