PVD设备及工艺简介解析课件.ppt

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1、,PVD设备及工艺简介,目 录,PVD设备简介泵靶真空测量真空检漏PVD工艺简介PVD相关概念定义真空度量单位磁控溅射铂阳生产线相关工艺简介合金靶的溅射金属氧化物的溅射,PVD设备及工艺简介 目 录PVD设备简介,PVD设备简介,PVD设备简介,铂阳生产线PVD真空设备布局图,铂阳生产线PVD真空设备布局图,抽空系统,抽空系统,抽空系统,一、2X泵,1. 概述: 1.1 用途: 2X型旋片式真空泵(以下简称真空泵)是用已抽除特定密封容器内的气体,使该容器获得一定真空度的基本设备.可供电器、电真空、半导体、食品、原子能、编织等科研机关、大专院校、工矿企业和生产与教学之用,真空泵可直接获得1.31

2、0Pa以下的真空度,也可作为其它真空设备的前级使用.,抽空系统一、2X泵1. 概述:,1.2 特点及其不适用范围:真空泵是用黑色金属制造,属较精精密的设备,真空泵的主要工作部件浸在特制的真空泵油中工作,因此不适用于抽含氧过高的、有毒的、有爆炸性的、对真空泵油起化学作用或对黑色金属有腐蚀作用的气体,如必须使泵抽出前述情况的气体,应在进气管道上加装中和、冷却、过滤等有关装置配合使用,否则将影响真空泵使用性能和寿命,也不能作为压缩机和输送泵使用.常用泵为2X-30、2X-70泵两种.,抽空系统,1.2 特点及其不适用范围:抽空系统,抽空系统,2. 技术要求:2.1 品种规格及性能:（见右表）. 热偶

3、计测量的是各种蒸汽和永久气体的总压力,而麦化计只能测出永久气体占的分压力. 几何抽速是根据几何尺寸算出的抽速在大气压力时,实际抽速与几何抽速基本相符合,在各种不同的压力时,抽速有一定下降. 温升是指泵温稳定后,在排气阀门处的油的温度与室温之差.,抽空系统2. 技术要求:,抽空系统,2.2 型号的组成及代表意义:X - 30 表示每秒的抽气速率 表示旋片式真空泵 表示双级泵 2.3 使用环境条件: 环境温度540. 相对温度不大于90%。,抽空系统2.2 型号的组成及代表意义:,抽空系统,3. 结构与工作原理.3.1 结构:2X系列的各种真空泵外形和结构基本相同.泵由电机经三角皮带传动转子电机和

4、泵用螺钉卡板固定在底盘上.泵由泵体、高转子、低转子、前端板、后端板、高转片、低转片、排气阀、排气罩、视镜等零部件组成.在泵体内压入一个中隔板,将泵体分成高低真空室,各室都有排气门.高真空室排气与低真空室进气相通.高转子前端伸出前轴,后端伸出后轴.前轴通过前端板的轴承支持,经过油密封室而伸出前端板外;后轴由中隔板上的轴承支持;而伸入低真空室内,低真空室转子则装在后轴上,故高低转子均由前轴带动,高低转子都有对开的槽子,呈“T”型的转片由弹簧支撑开而装于槽内.泵的进气口处有过滤网,而排气口处有挡油网,大泵还有挡油板,视镜左边有掺气阀,下边有放油塞。,抽空系统3. 结构与工作原理.,抽空系统,1. 皮

5、带轮2. 键 3. 前端板4. 高转子5. 高转片6. 进气嘴7. 密封圈 8. 排气罩9. 过滤网10. 泵体11. 低转子12. 弹簧 13. 低转片14. 后端板15. 密封圈16. 手柄17. 放油塞 18. 纸垫19. 阀座20. 阀片21. 挡板22. 视镜 23. 镜框24定位销钉,抽空系统1. 皮带轮2. 键 3. 前端板4.,抽空系统,1. 进气嘴2. 密封圈3. 过滤网4. 皮带轮5. 前端板6. 高转片7. 高转子 8. 轴承9. 前轴10. 油密封室11. 弹簧12. 定位销13. 排气罩14. 排气垫15. 挡油网16. 泵体17. 中隔板 18. 后端板19. 低转

6、子20. 水接头21. 键22. 低转片 23. 水盖板24. 排气阀25. 视镜 27. 掺气阀27. 放油塞 表示真空气格. 表示低真空气路.,抽空系统1. 进气嘴2. 密封圈3. 过滤网4.,抽空系统,3.2 工作原理:图3是2X系列真空泵原理图,转子3及7与高真空室1及低真空室6相切,转子3与7沿箭头方向旋转,带动转子槽内滑动的转片8旋转,由于弹簧9及离心力的作用,转片外端紧贴高低真空室的内表面滑动,把转子与高低真空室所形成的洼形空间从进气嘴2到排气阀门5和从过气管4到排气阀门10之间分隔开来,形成二或三个容积,并且周期性地大小变化,当在图标位置继续旋转时,A及C容积逐渐增大,被抽容积

7、气体沿气嘴进入泵内,同时B及D容积逐渐减小,压力升高,随后冲开排气阀门5及10,将气体排出真空室外,气体经过油面而排于大气之中,因为油是淹住排气门的,故能防止气体返回真空室,当抽气压力较高时,高低真空室的阀门都排气,相当于单级泵;当真空度较高时,全部气体进入低真空室,再由排气阀门10排出,此时二级串联即进入双级泵工作。如被抽除的气体中含有较高的蒸汽气体时,在气体受到压缩而其蒸汽的分压强超过此蒸汽在泵内温度下的饱和压力时,此时蒸汽被压缩成为液体,真空泵无法排出而混在真空油内,使泵的性能大大降低,如果掺入适量的空气,使蒸汽在受到压缩时其分压力也低于泵温时的饱和压力,则蒸汽在变成液体前就能被排出泵外

8、去,故本系列2X-1以上的泵都装有能放入一定量气体的掺气阀11(见下图)。,抽空系统3.2 工作原理:,抽空系统,图三 2X系列真空泵原理图,抽空系统图三 2X系列真空泵原理图,抽空系统,二.ZJP-300罗茨泵,1. 概述:1.1 应用:罗茨真空泵也称机械增压泵,它是快速抽除密封容器中气体的一种较为理想的真空获得设备.它不能直接从大气压下抽气,须与各类前级泵(如旋片泵、液环泵、滑阀泵等)配套组成真空系统.广泛应用于冶金、化工、电子、轻纺等领域。,抽空系统二.ZJP-300罗茨泵1. 概述:,抽空系统,1.2 设计特点:1.2.1 送气方向垂直由上向下.1.2.2 在较宽的压力范围内有较大的抽

9、速.1.2.3 起动快.1.2.4 对被抽气体中含有粉尘和水蒸气不敏感.1.2.5 泵腔内无油,可获得清洁真空.1.2.6 驱动功率小,运转维护费用低.注意事项:不可抽除液体介质.不可抽除易燃、易爆气体.须用前级泵.被抽气体中含有固体颗粒时,进气口处应设有过滤装置.,抽空系统1.2 设计特点:,抽空系统,2. 工作原理: 罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵,其泵腔内两个相互轭合的“8”字型转子,由一对齿轮带动作反向同步高速旋转,使气体不断由位于上方的进气口传输到排气口,再由前级真空泵抽走,达到抽气目的. (气体流程如下图所示).,抽空系统2. 工作原理:,抽空系统,3. 结构及说明:,抽空系统3

10、. 结构及说明:,抽空系统,抽空系统,抽空系统,注: 1. 齿轮箱 2. 端板 3. 泵壳 4. 主动转子 5. 从动转子 6. 支撑架 7. 主动齿轮 8. 从动齿轮9. 压盖10. 甩油盘11. 活塞环12. 锁紧螺线13. 封套 14. 减压阀15. 减压阀盖16. 进气口托环17. 排气口托环 18. 轴承119.轴承220. 联轴节21. 油杯 22. 电机,抽空系统注: 1. 齿轮箱 2. 端板,抽空系统,4. 技术参数及性能:,抽空系统4. 技术参数及性能:,抽空系统,三、分子泵,分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽

11、走的一种真空泵。 这种泵具体可分为： （A）牵引分子泵 气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。 （B）涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。 （C）复合分子泵 它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。,抽空系统三、分子泵 分子泵是利用高速旋转的转,抽空系统,(1).牵引分子泵,分子泵的抽气机理与容积式机械泵靠泵腔容积变化进行抽气的机理不同，分子泵是在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。通常把用高速运动的刚

12、体表面携带气体分子，并使其按一定方向运动的现象称为分子牵引现象。,抽空系统(1).牵引分子泵 分子泵的抽气机理与容,抽空系统,（2）.涡轮分子泵,涡轮分子泵输送气体应满足二个必要条件： 1）. 涡轮分子泵必须在分子流状态下工作。 2）. 分子泵的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度。 分子泵的转速越高，对提高分子泵的抽速越有利。实践表明，对不同分子量的气体分子其速度越大，泵抽除越困难。,抽空系统（2）.涡轮分子泵 涡轮分子泵输送气体应满足,抽空系统,(3).复合分子泵,复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两种泵的优点于一体。泵在很宽的压力范围内 (10-6 1Pa) 具有较

13、大的抽速和较高的压缩比，大大提高了泵的出口压力。 涡轮级主要用来提高泵的抽速，一般采用有利于提高抽速的叶片形状，级数在 l0 级以内。牵引级主要用来增加泵的压缩比，提高泵的出口压力。 复合式分子泵的形式很多，按结构分，主要有两种： 一种是涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合。 一种是涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合。,抽空系统(3).复合分子泵 复合式分子泵是,溅射源,靶,溅射源靶,溅射源,一、一般术语:1. 靶材:在真空溅射中用来溅射的镀膜材料.2. 靶:用粒子轰击的面,标准中靶的含义就是: 溅射装置中由溅射材料所组成的电极.,二、磁控溅射通常使用的靶材分类1、矩形平面靶；2、圆柱靶.,溅射源一、一

14、般术语:二、磁控溅射通常使用的靶材分类,溅射源,三、维护与保养:(一). 矩形平面磁控靶的维护与保养:1、矩形平面磁控靶的日常维护与保养,其重点就是平面靶材更换作业的过程.其具体解释为: 靶材寿命到期或工艺及质量要求等原因,将在用靶材拆下,安装上相同规格尺寸新靶材的过程.2、靶材安装前处理: 除油 喷砂 清洗 烘烤 入PVD备用3、结构与说明:,溅射源三、维护与保养:,溅射源,平面靶磁铁布局及说明（图）,安装磁铁过程中,外围区域的磁铁磁极必须保持一致.中间区域的磁铁磁极与外围区域磁铁磁极必须保持相反.如图区磁铁磁极可为NSN,也可为SNS.可手挡一块磁铁,根据磁铁同极相斥,异极相吸的原理,逐个

15、单一的判定磁铁极性是否安装错误)。,溅射源平面靶磁铁布局及说明（图）安装磁铁过程中,外围区域的磁,溅射源,(二). 圆柱形磁控溅射靶,1、结构与说明（图）：,溅射源(二). 圆柱形磁控溅射靶1、结构与说明（图）：,溅射源,圆柱靶磁铁布局及说明（图）：,由于相对应靶材面不一样,圆柱靶磁铁布局相对平面靶磁铁布局要紧促的多,图中宽度还不到平面靶的一半(50mm).由于磁铁相对紧促,区域磁铁之间(之间)安装有导磁材料,既方便安装又可有效的固定磁铁和磁路的控制.圆柱靶磁铁也采用了强力磁铁(4.5Kgauss),中间区域的磁铁安装为尺寸较宽的规格,外围区域的磁铁安装尺寸较窄的规格、区域之间磁铁极性必须保持

16、相反,跟平面靶布局同等原理.如图中区域磁铁磁极可为NSN,也可为SNS(根据工艺自行决定),检查时跟平面靶一样,手持一块磁铁,根据磁铁同极相斥,异极相吸的原理,逐个单一的判定磁铁极性是否安装错误.相对圆柱靶靶材为管形,和平面靶材不一样,所以固定磁铁的磁铁座为凸形,如图中所示.而平面靶磁座则为平面。,溅射源圆柱靶磁铁布局及说明（图）：由于相对应靶材面不一样,圆,真空测量,真空测量,真空测量真空测量,真空测量,1. 薄膜真空规:用金属弹片薄膜把规管分隔成两个小室,一侧接被测系统,另一侧作为参考压力室.当压力变化时薄膜随之而变形,其变形量可用光学方法测量,也可转换为电容或电感量的变化用电学方法来测,

17、还可用薄膜上粘附的应度规来进行测量.电容薄膜规分为两种类型: 一种将薄膜的一边密封为参考真空,成为“绝压式”电容薄膜规;另一种是薄膜的两边均通入气体,成为“差压式”电容薄膜规.电容薄膜规具有卓越的线性,较高的测量精度和分辨率.单个传感器的测量范围可覆盖5个数量级的压力区间,短期稳定性优于0.1%,长期稳定性(一年)优于0.4%.电容薄膜规的灵敏度与气体种类无关,可测蒸气和腐蚀性气体的压力,结构牢固,使用方便,还可作为粗低真空的副标准和传递标准。,真空测量1. 薄膜真空规:,真空测量,电容薄膜规的基本结构如下图所示.,它由两个结构完全相同的固定电极和一个公用的活动电极组成.活动电极薄膜将空间分成

18、互相密封的测量室和参考室,固定电极和活动电极薄膜构成差动电容器并作为电桥的两个桥臂.当活动电极处于中间位置时,两个电容的电容量相等,一旦活动电极由于压差作用偏离中间位置时,则一个电容器增加而另一个电容器的电容减小,由于电容变化造成电桥不平衡,因而产生输出电压,这个电压经过放大器放大后,由检波器转换成直流电压进行测量,不同的输出电压对应于不同的压力,电容薄膜现就是利用这样的原理达到测量压力的目的.,真空测量电容薄膜规的基本结构如下图所示.它由两个结构完全相同,真空测量,2. 热偶真空规:普通型热偶真空计分为长丝和短丝两种,长丝热偶的加热电流约在90mA150mA,短丝热偶的加热电流约在28mA3

19、0mA,测量范围一般在4102Pa110-1Pa,带温度补偿的定温式热偶真空计的测量范围1105Pa110-1Pa.多数热偶规是按定流型的方式做的,即加热电流i为常数.因此加热丝F的温度是随压力P而变化的,所以可用热偶J来测量热丝温度,此时输出信号为热电势E.即，当压力降低时，气体分子传导走的热量减少，热丝温度随之升高，故热电偶电势E增大，反之，热电偶电势E减小。如果预先已测出热电偶电势E与压力的关系，那就可根据毫伏表的指示直接给出被测系统的压力。,真空测量2. 热偶真空规:,真空测量,3. 电阻真空规(热阻真空规):电阻真空规是皮拉尼在1906年发明的,故又称皮拉尼规.这种规的热丝温度是随压

20、力而变化的,由于温度的改变导致热丝电阻的变化,用测量电阻的变化来测量真空度.,真空测量3. 电阻真空规(热阻真空规):,4. 电离真空规:由收集极、栅网、灯丝构成。热阴极灯丝发射的电子；由带正电的栅网进行加速，得到充足的撞击能量；气体分子与高速飞行的电子发生碰撞而被电离，碰撞的频率与气体分子的密度有关。密度大， 碰撞的频率就高，产生的离子也越多，反之就越小；而气体分子的密度又与气体的压强有着直接关系, 因此, 如果能测定气体中被电离的离子流的大小, 即可确定气体的压强；带负电压的收集极捕获被电离的气体离子，就形成了与气体压强成比例的电流，测到了真空度。,真空测量,4. 电离真空规:真空测量,真

21、空检漏,真空检漏,真空检漏真空检漏,真空检漏,定义:检漏-泄漏检测,寻找漏气部位及测量漏率大小的过程(漏气是绝对的,不漏气是相对的,绝对不漏气是不存在的.我们通常所说的“不漏”是相对检漏仪器灵敏度而言的,是指设备上存在漏孔的漏率小于检漏仪器的最小可检漏率).,一泄漏的危害性:设备或器件因功能不同,泄漏的大小、部位和泄漏的物质不同,泄漏所带来的危害程度和危害表现也就不同.泄漏的危害性主要表现在以下几方而:1、破坏真空设备或真空器件的工作真空度.真空设备和器件要求在一定的真空度下工作,一般真空设备本身带有抽气系统,设备工作时真空系统仍然对其抽气,微小的泄漏存在一般不会影响其工作真空度,但是比较严重

22、的泄漏仍然会破坏设备的平衡压力,干扰甚至破坏设备的正常工作,镀膜机真空度的破坏,将影响膜层质量.,真空检漏定义:一泄漏的危害性:,真空检漏,2、破坏仪器设备内部的工作压力.各种仪器或设备的式作压力是不同的.如高规、中规、低规在工作过程中的压力都有一定的范围的,如漏气就检测不准确.3、使贮存的高压气体或燃料损失.贮存高压气体或燃料的气瓶或贮罐如果有泄漏,大量的气体或燃料将会白白损耗掉,造成一定的经济损失.4、对器件内部气氛造成污染.有些微电子器件不仅要求在一定的压力下工作,面且只允许在某些气体下工作,然而,有泄漏的存在,外部环境中的有害气体(如水蒸气)可能进入到设备或器件内部,使器件内部环境发生

23、改变,致使不能正常工作甚至失效.如灯泡、灯管.,真空检漏2、破坏仪器设备内部的工作压力.,真空检漏,5、污染大气环境.装有易燃、易爆、有毒、放射性及其他有害人们身体健康的物质的贮罐一旦有漏,这些有害物质使进入周围大气环境中,对大气造成污染,影响人们的身体健康,危及人们的生命安全.,二、检漏方法的分类:检漏的方法很多,它们的原理,使用条件和适应范围等既有相同之处,又有许多不同之处,纵横交错很难严格加以分类.习惯上按检漏时被检件内部所处的状态将检漏方法分为两类:,真空检漏5、污染大气环境.二、检漏方法的分类:,真空检漏,1、加压检漏法(正压检漏).将被检件内部充以比外部压力更高的示漏气体,当被检件

24、器壁上存在漏孔时,示漏气体通过漏孔漏出,在被检件外面用适当的方法判断有无示漏气体漏出,从哪里漏出,漏出量多少等.就可以判断有无漏气,漏孔的位置和大小.2、真空检漏法(负压检漏).将被检件内部抽成真空,将示漏气体施于被检件外部,如果被检件器壁上有漏,示漏气体通过漏孔进入被检件内部,利用某种方法将漏进的示漏气体检测出来,从而判断出漏孔的存在,漏孔的位置和大小.,二、检漏方法的分类:检漏的方法很多,它们的原理,使用条件和适应范围等既有相同之处,又有许多不同之处,纵横交错很难严格加以分类.习惯上按检漏时被检件内部所处的状态将检漏方法分为两类:,真空检漏1、加压检漏法(正压检漏).二、检漏方法的分类:,

25、真空检漏,3、一般常用检漏方法一般情况，设备检漏分为粗检漏和细检漏,粗检漏即用检漏液(正压状态下)或酒精喷洒(负压状态下),漏点看有无气泡产生或真空度的变化,细检漏即用氦质普仪进行检漏,通过仪器上读数上的变化判断是否漏气.,4、氦质谱仪检漏常规注意点：（1）、检漏仪与镀膜机连接位,应连接在前级管理上.（2）、检漏仪要在正常状态.（3）、喷示气体要从检漏部位的上部开始喷吹(从上往下的原则),因为氦气质量较轻,会 向上漂移,从下部喷吹容易产生误判.（4）、氦气的流量不要过大,防止检漏仪机械泵泵油氦中毒。（5）、一般情况，设备应从以下两个方面进行检漏: 工作气路和真空室及其前级管道的检漏.,真空检漏

26、3、一般常用检漏方法4、氦质谱仪检漏常规注意点：,PVD工艺简介,PVD工艺简介,一、PVD相关概念的定义,1、真空的定义,真空：泛指低于一个大气压的气体状态。与普通的大气状态相比，分子密度较为稀薄，从而气体分子与气体分子，气体分子与器壁之间的碰撞几率要低些。,2、PVD(Physical Vapor Deposition)的定义物理气相沉积，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在基体上的薄膜制备技术。,一、PVD相关概念的定义1、真空的定义真空：泛指低于一个大气,表1 压强单位换算表,二、真空的度量单位,表1 压强单位换算表二、真空的度量单位,1、磁控溅射的工作原理,电子在电场E的作用下

27、，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子；新电子飞向基片，Ar +在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）B（磁场）所指的方向漂移，简称EB漂移，其运动轨迹近似于磁控溅射一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar +来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的

28、作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。,三、磁控溅射,1、磁控溅射的工作原理电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中,图1 磁控溅射工作原理示意图,图1 磁控溅射工作原理示意图,2、磁控溅射的优点：,（2）基体温升低。由于正交电磁场控制后减少了电子对基体的碰撞，因此减少了电子对基体的轰击能量，从而避免了基体温升过高，这对基体易受高温影响的元件来说是很有利的。,（1）沉积速率大，生产效率高。由于采用了高速碰撞电极，可以获得非常大的轰击离子电流，所以靶表面的刻蚀速率和膜的沉积速率都很高。,2、磁控溅射的优点：（2）基体温升低。由于正交电磁场控制后减,2

29、、磁控溅射的优点：,（2）基体温升低。由于正交电磁场控制后减少了电子对基体的碰撞，因此减少了电子对基体的轰击能量，从而避免了基体温升过高，这对基体易受高温影响的元件来说是很有利的。,（1）沉积速率大，生产效率高。由于采用了高速碰撞电极，可以获得非常大的轰击离子电流，所以靶表面的刻蚀速率和膜的沉积速率都很高。,2、磁控溅射的优点：（2）基体温升低。由于正交电磁场控制后减,（1）蒸发论。这种理论认为溅射是由于气体正离子轰击阴极靶，使靶表面受轰击的部位产生局部高温区，该区靶材达到了蒸发温度而产生蒸发。,（2）碰撞论。这种理论认为溅射现象是弹性碰撞的直接结果。当正离子轰击阴极靶时，直接将其能量传递给靶

30、表面上某个原子或分子，使该原子或分子脱离附近其他原子或分子的束缚而从靶表面弹射出来。如果轰击离子的能量不足，则只能发生振动而不产生溅射。如果轰击离子能量很高时，溅射原子数与轰击离子数之比值将减小，这可能是因为轰击离子能量过高而发生离子注入现象的缘故。,（3）混合论。认为溅射是热蒸发和弹性碰撞的综合过程。,3、溅射成膜理论,（1）蒸发论。这种理论认为溅射是由于气体正离子轰击阴极靶，使,在上述三种溅射理论中，当前倾向于混合论理论。,图2 溅射原理示意图,在上述三种溅射理论中，当前倾向于混合论理论。图2 溅射原理,（1）直流辉光放电的形貌和参量分布图,图3 辉光放电等离子体的形态和名称,4、辉光放电

31、,（1）直流辉光放电的形貌和参量分布图图3 辉光放电等离子体的,i.阿斯顿暗区，不发生电离和激发；ii.阴极辉光区，气体分子激发发光；iii.阴极暗区，产生很强的电离，具有很高的正离子浓度，有较强的空间电荷；iv.负辉光区，光度最强，有较强的负空间电荷；v.法拉第暗区，电离和激发都很小；不一定是辉光放电必须的，是起连接作用。vi.正柱区，等离子区，几乎与法拉第暗区等电位，在气体放电中的作用就是传导电流；,i.阿斯顿暗区，不发生电离和激发；,（2）帕邢定律,在图11所示的两个平行平板电极上加以直流电压后，在极间形成均匀电场。令极间距离为d，压力为p，如果气体成分和电极材料一定，气体恒温，那么在冷

32、电极条件下，击穿电压Uz是pd的函数，而不单独是p、d这两个变量的函数。当改变pd时，Uz有一极小值Uzmin。这便是气体放电的帕邢定律。,图4 帕邢定律图解,（2）帕邢定律在图11所示的两个平行平板电极上加以直流电压后,图6为某些气体的帕邢曲线,图5 某些气体的帕邢曲线Uz=f（pd）,图6为某些气体的帕邢曲线图5 某些气体的帕邢曲线Uz=f,PVD设备及工艺简介解析课件,PVD设备及工艺简介解析课件,（4）气体放电伏安特性曲线,图6 气体放电伏安特性曲线图,J/A.cm-2,（4）气体放电伏安特性曲线图6 气体放电伏安特性曲线图,图6为高输出阻抗直流电源控制的低压气体放电的J-U特性曲线。

33、,a.电压小时，由宇宙射线或空间残留的少量离子和电子的存在只有很小的电流。增加电压，带电粒子能量增加，碰撞中性气体原子，产生更多带电粒子，电流密度随之平稳增加，进入“汤森放电区”。,b.电流增加到一定程度，发生“雪崩”现象，离子轰击阴极，释放二次电子，二次电子与中性气体原子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生更多的二次电子，如此循环，当产生的电子数正好产生足够多离子，这些离子能够再生出同样数量的电子时，进入自持状态，气体开始起辉，电压突然降低，电流密度升高，此为“正常辉光放电区”。,c.放电自动调整阴极轰击面积，最初轰击是不均匀的，随着电源功率增大，轰击面积增大，直到阴极面上电流密度

34、几乎均匀为止。当轰击区域覆盖整个阴极面后，再进一步增加功率，会使放电区内的电压和电流密度同时升高，进入溅射工艺工作区域，即“异常辉光放电区”。,图6为高输出阻抗直流电源控制的低压气体放电的J-U特性曲线。,d.在异常辉光放电区内，如果阴极没有水冷或继续增加功率，当电流密度达到约0.1A/cm2以上，将有热发射电子混入二次电子之中，随后发生又一个“雪崩”。由于输入阻抗限制着电压，将形成低压大电流的“弧光放电”。,e.形成“异常辉光放电”的关键是击穿电压VB，主要取决于二次电子的平均自由程和阴阳极之间的距离。为了引起最初的雪崩，每个二次电子必须产生出约10-20个离子。若气压太低或极间距离太小，二

35、次电子撞到阳极之前，无法到达所需要的电离碰撞次数；若气压太高或极间距离太大，气体中形成的离子将因非弹性碰撞而减速，以致于当轰击阴极时，已无足够的能量产生二次电子。,d.在异常辉光放电区内，如果阴极没有水冷或继续增加功率，当电,四、铂阳生产线相关工艺简介,1、太阳能薄膜电池生产工序中，PVD的目的：,沉积背电极（AZO+AL）,（1）、AZO:A:增强对光的反射；B:硅层的保护层，阻止金属原子扩散到硅层；C:在AZO膜层上上镀AL比直接在非晶硅层上镀AL的结晶性好，有利于形成连续的薄膜，因此前者的导电性要较后者好；（2）、AL:A:电流输出电极； B:光反射层，增强光的利用；,四、铂阳生产线相关

36、工艺简介1、太阳能薄膜电池生产工序中，PV,2、工作气体的选择,Ar：特点: 用惰性气体氩气作为工作气体,可以大大提高溅射速率,而且惰性气体原子的化学性质极为稳定,惰性气体离子束产生的溅射及沉积现象属于单纯的物理过程,因此不会改变溅射与沉积材料的基本性质,另外，惰性气体中,氩气的制成方便,成本低廉。,总之，背电极的作用如下：A：沉积芯片的背电极，保证有效收集单位面积的载流子B：减少出射光（通过背电极将第一次透过非晶硅层但未被吸收利用的光反射回去，再次被非晶硅吸收），有效提高光在非晶硅薄膜中的吸收利用率C：填充2#激光刻线凹槽，作为连接子电池正负电极的内联导线,2、工作气体的选择Ar：总之，背电

37、极的作用如下：,3、PVD工艺参数,3、PVD工艺参数,Al靶工艺参数,Al靶工艺参数,PVD工艺参数的选择，主要基于在保证膜层质量达标的情况下，尽量减少成膜时间。为优化成膜工艺，通常采用如下措施：（1）尽量用大功率成膜（电源本身受限，功率只能加到一定程度）；增加功率，主要是为了提高溅射离子的初始能量及其数量。有一点值得注意，并非入射离子初始能量越高，靶材的溅射产额就越大。从理论上讲，有如下规律：在离子能量超过溅射阈值后，随着离子能量的增加，在150ev以前，溅射产额和离子能量的平方成正比；在150ev1kev范围内，溅射产额和离子能量成正比；在1kev10kev范围内，溅射产额变化不显著；能

38、量再增加，溅射产额却显示出下降的趋势。,图7 原子溅射产额和入射离子能量的关系,PVD工艺参数的选择，主要基于在保证膜层质量达标的情况下，尽,（2）选择最佳沉积压力； 一方面，其他参数不变的情况下，提高沉积压力，会导致轰击靶材的入射离子增多，从而导致沉积速率增加。另一方面，压力越大，无论是轰击离子还是靶材溅射原子，散射的几率越大，此情况会导致沉积速率减小。,总之，如果我们的其他工艺参数已确定（比如功率、压力等等），那么，为了使所镀膜层达到既定膜厚，滚动轴的传送频率也就定下来了。因为滚动轴在沉积室传送芯片的时间即为芯片的镀膜时间；,注：相关定义A:溅射阈值：将靶材原子溅射出来所需的入射离子最小能

39、量值。与入射离子的种类关系不大，与靶材有关。B:溅射产额的定义：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。,（2）选择最佳沉积压力； 总之，如果我们的其他工艺参数,4、影响溅射产额的其它主要因素,（1）材料（靶材）特性对溅射产额的影响,溅射产额随靶材原子序数的变化表现出某种周期性，随靶材原子d壳层电子填满程度的增加，溅射产额变大（大致的变化趋势）。,图8 溅射产额与靶材原子序数的关系,4、影响溅射产额的其它主要因素（1）材料（靶材）特性对溅射产,（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。,图9 相应于45Kev的各种入射离子，银、铜、钽的溅射产额

40、,（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,（3）离子入射角度对溅射产额的影响,对相同的靶材和入射离子，溅射产额随离子入射角增大而增大，当角度增大到7080 时，溅射产额最大。继续增大入射角，溅射产额急剧减小，90时溅射产额为零。,图10 溅射产额与入射角关系曲线,（3）离子入射角度对溅射产额的影响对相同的靶材和入射离子，溅,（4）靶材温度对溅射产额的影响,一般来说，在可以认为溅射产额同升华能密切相关的某一温度范围内，溅射产额几乎不随温度的变化而变化。当温度超过这一范围时，溅射产额有急剧增加的倾向。,图11 用Xe+离子（E0=45kev）对几种样品进行轰击，溅射产额与温度

41、的关系,（4）靶材温度对溅射产额的影响一般来说，在可以认为溅射产额同,5、合金靶的选择溅射,合金靶溅射时，靶表面的成分会不会变化？存不存在选择溅射现象？目前还没有准确、系统的理论分析。至于目前一些合金靶溅射后表面成分分析的统计数据，都是通过实验总结的。下面就选择溅射的一般倾向及可能的影响因素做一简要说明：根据碰撞级联理论（1）组成原子的溅射产额之比应该和构成原子的质量比（MA/MB）n成反比。（其中n取1/3或1/4）；（2）单原子的表面结合能通常用单原子固体中的升华能Us来代替，溅射产额之比YA/YB和升华能之比（UA/UB）成反比；由以上两个因素所支配的选择溅射，一般具有下述的一般倾向：,

42、5、合金靶的选择溅射合金靶溅射时，靶表面的成分会不会变化？存,（1）当构成原子的质量比与1的差别很大，而且假设UA/UB与（MA/MB）-1具有相同的变化趋势，则质量较小的原子更容易被溅射掉；,（2）在质量差别不大的情况下，升华能小的原子更容易被溅射出。此外，对于MA/MB 1， UA/UB 1，两种因素具有相反变化趋势的合金组合中，升华能对选择溅射的影响更显著，质量比并不是决定性的因素；,（3）一般认为，溅射引起的表面成分变化是由表面沿深度方向逐渐缓慢变化，直到和整体成分一致。从表面第一个原子层到和整体成分相同的深度范围称为表面变质层。,（1）当构成原子的质量比与1的差别很大，而且假设UA/UB与,6、金属氧化物的选择溅射,（1）金属原子形成氧化物之后，伴随其结合状态的变化，溅射产额也显示出明显的变化。,6、金属氧化物的选择溅射（1）金属原子形成氧化物之后，伴随其,（2）部分具有选择溅射性/不具有选择溅射性氧化物统计,表3 氧化物靶材溅射选择性/非选择性统计,（2）部分具有选择溅射性/不具有选择溅射性氧化物统计表3,表4 磁控溅射AL合金膜与靶成分的比较,参考表3及表4的统计，初步分析，AZO靶使用的过程中，靶材表面的成分变化不明显。,表4 磁控溅射AL合金膜与靶成分的比较参考表3及表4的统,PVD设备及工艺简介解析课件,