磁控溅射法，镀膜不靠玄学，磁控溅射才是硬科技

在进行磁控溅射实验的初期阶段，可能会有一些情况发生，比如是在深秋时节，需要去穿着防静电服，并且要蹲在那个真空腔的边上，去捣鼓一下那个磁环。那会儿操作手册上的英文专业术语着实让人感觉理解起来比较困难。那个时候根本就没有去多想什么，就是单纯地想着把那层膜能够设法镀上去，就算完成了工作。但是很快地，人们就会发现，这可不是一项可以随便敷衍了事就能蒙混过关掉的工艺。磁控溅射这项技术，其本身还是挺“有性格”的。

简单来说，它是依靠着等离子体当中那些高速运动的离子去进行靶材的轰击，然后会把金属原子或者是分子给“撞飞”出来，再慢慢地在基片表面去进行沉积。虽然其基本原理听上去有些像是打靶游戏，但实际上开展起来一点也不简单。要是等离子体不太听话，或者磁场配置不太对劲，甚至是真空度出现一点点的偏差，整个膜层都有可能会出现各种问题。要是没搞好的话，就会导致有一堆针孔，或者出现应力裂纹的情况，这些用肉眼可能都不一定能看得出来，但是其电学性能方面能够差一大截。

可以说，磁控溅射工艺其本身具有一种不完美当中的精密感。它不像原子层沉积那样显得安静且精细，同时也不是蒸发法那种仅仅依靠着加热就能够出膜的粗放型套路。它会带有一些粗犷的意味，甚至感觉有些暴力，但是最终结果的好坏，可以说完全是凭借着操作者能否跟它做到“聊得来”来决定的。

在生产方面，通常会选用一些金属类的靶材来当作是主要的材料，比如Ti、Al、Cr、Cu这些。最近这几年，氧化物类的需求方面也是起来了，比如ITO、ZnO、SnO₂，特别是在光电领域当中，有越来越多的客户会指定要求使用氧化物靶材。至于氧化物靶材本身，其问题方面也就更多一些了，它比较脆，稍不注意可能就会裂开。曾经出现过在给客户发货的过程当中，由于途中震动过大，导致整块靶材出现了裂成两半的情况，进而就直接遭遇了退单。后续通过建议在每批靶材的边缘都去进行一个倒角处理的工作，并且再额外增加一些泡棉缓冲层的方式。效果变得比较明显，现在整体的退货率也是降低了不少。

总的来说，只有把靶材给选用好了，才能够把溅射工作的基础给牢牢地打好。这是需要一直去坚持的一点。它并不是说随便去选用一个材料然后镀上去就可以搞定的事情。要是靶材的纯度不够高，里头的杂质就会直接去影响到膜层的电阻；要是密度不够，那溅射率就可能会下降，同时也比较容易在表面留下那种“溅射坑”；再比如，要是粘结层没有去处理好的话，就可能导致靶材出现掉落的情况，那样的话，真空腔就只能等着进行返工重启的工作了。尤其是在进行批量化生产的时候，每一次停机所带来的损失，基本上都是以小时来计算的。

可以讲一个让人印象比较深刻的例子。有一次是去帮助一个高校项目做碳化钨 यानी WC 的镀层，这个项目所要求的特性是要有比较高的硬度，同时又需要有比较低的残余应力。在进行第一次试片的时候，膜层刚一冷却就发生了爆裂，其表面看上去就像是炸裂的油漆一样。后续去查了整整两天才发现，主要的缘由是沉积的速率实在是太快了，并且那个氩气的压力也被调得过低了，这才导致膜层在进行生长的时候产生了拉应力。在后续的第二轮尝试当中，通过把基片的温度稍微调低了一点，并且把氩气的流速去进行了微调，调整了 0.6 sccm，才最终得以稳定下来。要去调整这类细节的工作过程是比较累人的，但是同时也会特别让人感到着迷。可以说，每一次能够成功的得到膜层，其背后都是通过一次次失败所堆积起来的。

总的来说，磁控溅射可以说是一个典型的“强变量”工艺。有时候人们可能以为自己已经把那个流程给设定好了，但是只要去更换了一个腔体，或者更换了一批次的靶材，甚至只是周围的室温发生了几个度的变化，那个膜层的状态就可能会发生非常大的变化。在跟一些客户进行交流的时候，了解到他们在初期之所以会搞不定，有很大一部分的缘由就是因为复制参数方面出现了失败。他们是照搬了资料上去进行操作的，结果发现完全没有办法去复刻出预期的那种效果来。在这种时候，人们通常会告诉他们：其实并不需要去过度迷信所谓的“标准参数”，而是应该要敢于从实际的实验当中去寻找那种感觉。

另外还有一个特别关键的点，那就是关于腔体的清洁工作。在实际操作当中，有时可能会遇到一些问题，比如有一次在做钼靶溅射的时候，发现最开始的两片膜层出现了发黑并且不透光的情况，那个时候一度怀疑是不是靶材本身有问题，结果把腔体拆开一看，发现残留的Ti膜已经把内壁以及基片支架都给涂成了那种像是“钛锅”的样子。在高温溅射的作用下，这些材料就会发生二次脱附，进而影响到整场的沉积效果。后续通过把清洗的流程改成了每周去进行一次，同时配合运用等离子清洁的方式，才逐渐地稳定了下来。

再来说一下等离子体的控制工作，可以说这个环节，要是简单来讲也确实是简单，但要是往玄学方面去讲，那它也确实是很玄学的东西。有太多的人一上来就想着去图个省事，直接就使用默认的功率以及默认的气体流量了。但是如果不对磁场或者靶材的距离去进行调整的话，最终做出来的膜是根本没有办法去使用的。通常会建议，在每次开展新的材料溅射工作，或者需要更换新的靶材时，都可以尝试着去重新进行一遍“扫窗”操作，也就是从零开始去调整各种参数，并且要将每一次变化所对应的结果都仔细记录下来，这一点是不能去偷懒的。通过这样一种调教的过程，可以说是最容易看出来一个工程师对于磁控溅射的理解到底深不深。

有时候在现场去指导客户开展工作的时候，人们可能会直接去说：“你这个膜所出现的问题并不在于设备本身，而是由于你自己所调整的参数实在是太保守了。”可能一开始客户会不太服气，但是后续只要使用同样的设备以及同样的靶材，重新去进行一次尝试，往往就能发现膜的质量可以得到极大程度的提升。可以说，技术这件事情归根到底，还是需要依靠动手来进行操作的。

有一些老工程们，他们的工作是让人非常佩服的，他们甚至能够仅仅凭借着肉眼去观察那个辉光所出现的颜色变化，从而去判断出当前的放电状态是怎样的。可能在这一点上并不太能做到，但是至少可以从泵压曲线以及靶压的响应速度上去判断出当前系统的健康程度如何。这当中也是通过长时间的经验所积累下来的。可以说，磁控溅射这门手艺并不能仅仅依靠去阅读文献就可以完全掌握的，更多时候是必须要依靠实际的动手操作才行。

现在再回过头去看看，这项技术虽然其本身可能已经有点年头了，几十年前的时候就已经有了，但是时至今日，它依旧十分活跃地被运用在像是新能源、半导体、光学镀膜、生物医疗等等这些非常前沿的领域当中。我们在开展相关的镀膜服务工作时，有相当一部分是应用于柔性基底的透明导电膜方面，还有一些则是被运用到了刀具的硬质涂层上面，客户方面可以说是越来越挑剔了，但是同时也越来越信任“我们可以设法去搞定这件事情”。

这并不是因为设备本身有多么先进，而是由于我们确实非常理解这项技术到底应该要怎么去实现它在实际当中的“落地”。

可以说，我们实际上并不是单纯地在销售靶材，而更多程度上是在销售一种“经验浓度”。