Sputter基本原理与知识培训教材课件.ppt

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1、演讲人：王金萍,【SPUTTER基本原理】,1,演讲人：王金萍【SPUTTER基本原理】1,目录,第一章 真空第二章 等离子体第三章 溅射原理第四章 反应性溅射第五章 溅射镀膜设备第六章 溅射靶及靶材配置,2,目录第一章 真空2,目录,第二章 等离子体第三章 溅射原理第四章 反应性溅射第五章 溅射镀膜设备第六章 溅射靶及靶材配置,3,第一章 真空,目录3第一章 真空,第一章 真空,4,1-1 生活中的真空,第一章 真空41-1 生活中的真空1、大气压、真空、真空,第一章 真空,5,帕斯卡 Pa： 1Pa=1N/标准大气压 atm： 1atm=101325Pa托 Torr： 1Torr=133.

2、32Pa毫巴 mbar： 1mbar=100Pa,第一章 真空52、压强单位,第一章 真空,6,大气： 103mbar低真空： 10310-3mbar中真空： 10-310-6mbar高真空： 10-610-9mbar超高真空： 10-9mbar,第一章 真空3.真空区域的划分6大气： 10,第一章 真空,7,2-2 气体分子平均自由程,不同真空度下的平均自由程：,第一章 真空4.平均自由程72-2 气体分子平均自由程不,第一章 真空,8,第一章 真空5.真空系统中气体的流动状态8,第一章 真空,9,第一章 真空95.真空系统中气体的流动状态,第一章 真空,6.真空的获得,10,旋叶泵,旋叶泵

3、的特点：经济耐用工作范围： 大气压10-3mbar极限真空： 10-3mbar缺点：振动、反油,第一章 真空6.真空的获得10 旋叶泵旋叶泵的特点：,第一章 真空,11,罗茨泵,机械泵的特点：启动快，抽速大工作范围：低、中真空极限真空：取决于前级泵罗茨泵压缩比较小，一般需要串联使用；,第一章 真空7.真空的获得11 罗茨泵机械泵的特点：,第一章 真空,12,涡轮分子泵,涡轮分子泵的特点：抽速大、无油、启动快工作范围： 10-210-6mbar极限真空： 10-6mbar缺点：振动、成本高、易损,第一章 真空12 涡轮分子泵涡轮分子泵的特点：7.真空的,第一章 真空,13,油扩散泵,油扩散泵的特

4、点：经济耐用、无振动工作范围： 10-4 10-9mbar 极限真空：10-6mbar 10-9mbar （液氮冷却）缺点：反油、需预热,第一章 真空13 油扩散泵油扩散泵的特点：7.真空的获得,第一章 真空,14,几种常用泵的极限压强与启动压强,第一章 真空14真空泵极限压强（mbar）启动压强（,目录,第一章 真空第三章 溅射原理第四章 反应性溅射第五章 溅射镀膜设备第六章 溅射靶及靶材配置,15,第二章 等离子体,目录第一章 真空15第二章 等离子体,第二章 等离子体,16,等离子体是由部分分子、原子及原子被电离后产生的正离子和负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在

5、的第四态。等离子体是一种很好的导电体，呈准中性状态。,2-1 辉光放电,第二章 等离子体16 等离子体是由部分分子、,第二章 等离子体,17,2-3 雷电,2-4 极光,第二章 等离子体17自然中的等离子体：2-3 雷电2-4,第二章 等离子体,18,2-5 日光灯,2-4 真空镀膜,第二章 等离子体182-5 日光灯 2-4 真空镀膜,第二章 等离子体,19,辉光放电产生的条件：在放电开始前，放电间隙间电场是均匀的；放电过程主要是靠阴极发射电子来维持的；放电气压一般维持在1010-3mbar；放电电流密度一般要维持在10-1102mA/cm2；电压一般为3005000V；,溅射所需要的轰击离

6、子通常采用辉光放电获得。辉光放电是气体放电的一种类型，是一种稳定的自持放电。,第二章 等离子体19辉光放电产生的条件：溅射所需要的轰击,第二章 等离子体,20,1、在真空室内安置两个电极。2、通入压力为10-310-2Pa的气体（通常是Ar）。3、在电极上加上高电压。,辉光放电产生等离子体,第二章 等离子体20阴极辉光区阴极暗区负辉光区法拉第暗区,目录,第一章 真空第二章 等离子体第四章 反应性溅射第五章 溅射镀膜设备第六章 溅射靶及靶材配置,21,第三章 溅射原理,目录第一章 真空21第三章 溅射原理,第三章 溅射原理-1（溅射电源）,22,直流溅射：用于导电靶中频溅射：用于导电靶射频溅射：

7、用于绝缘靶,不同的溅射电源：,第三章 溅射原理-1（溅射电源）22直流溅射：用于导电,第三章 溅射原理-2（直流溅射）,23,3-1 直流溅射示意图,直流溅射原理图：,第三章 溅射原理-2（直流溅射）23Pumping sy,第三章 溅射原理-2（直流溅射）,溅射气体的选择：,第三章 溅射原理-2（直流溅射）溅射气体应当具备的特性：,第三章 溅射原理-2（直流溅射）,溅射气体的选择：,1.化学稳定性，不会和靶材发生化学反应；2.原子量大，溅射率高；3.空气中含量高制备比Kr、Xe方便，价格相对便宜；,第三章 溅射原理-2（直流溅射）大气成分分子量干洁空气中,第三章 溅射原理-3（磁控溅射）,2

8、6,3-2 磁控溅射示意图,磁控溅射：,第三章 溅射原理-3（磁控溅射）263-2 磁控溅射示意,第三章 溅射原理-4（射频溅射）,27,射频溅射：,第三章 溅射原理-4（射频溅射）273-3 射频溅射装置,第三章 溅射原理-4（射频溅射）,28,阻抗匹配：,3-4 简单电路,右图中：E：理想电源r ：电源内阻R：负载电阻当负载电阻等于电源内阻时，负载将获得最大功率，这种工作状态就称为匹配。,第三章 溅射原理-4（射频溅射）28阻抗匹配：ErR3-,第三章 溅射原理-4（射频溅射）,29,阻抗匹配：,阻抗匹配：指负载阻抗与电源阻抗互相适配，得到最大功率输出地一种工作状态。阻抗匹配的两种情况：纯

9、电阻电路负载等于电源内阻；当电源和负载含有阻抗成分时就必须满足共轭关系，即电阻成分相等，电抗成分数值相等而符合相反，这种匹配就是共轭匹配。,第三章 溅射原理-4（射频溅射）29阻抗匹配：阻抗匹配：,第三章 溅射原理-4（射频溅射）,30,阻抗匹配：,由于射频溅射设备的放电阻抗大多为10K，射频电源的内阻大约为50，所以二者要进行良好的匹配。由于设备内的电极和挡板的布置等是变化的所以要利用匹配网络进行匹配。以使射频功率有效地输入到设备内。,第三章 溅射原理-4（射频溅射）30阻抗匹配：射频电源,目录,第一章 真空第二章 等离子体第三章 溅射原理第五章 溅射镀膜设备第六章 溅射靶及靶材配置,31,

10、第四章 反应性溅射,目录第一章 真空31第四章 反应性溅射,第四章 反应性溅射,32,在溅射镀膜时， 有意识地将某种反应性气体引入溅射室并达到一定的分压， 即可改变或控制沉积特性， 从而获得不同于靶材的新物质薄膜，这就叫反应性溅射；通入不同的反应气体就可以得到不同的沉积膜层：通入氧气可以形成氧化膜；通入氮气可以形成氮化膜；通入甲烷（CH4）可以形成碳化物膜；通入硫化氢（H2S）可以形成硫化物膜；,反应性溅射：,第四章 反应性溅射32 在溅射镀膜时， 有意识,第四章 反应性溅射,33,Ar+,O-,Zn,（Zn）,反应性溅射：,第四章 反应性溅射33Pumping systemtar,目录,第一

11、章 真空第二章 等离子体第三章 溅射原理第四章 反应性溅射第六章 溅射靶及靶材配置,34,第五章 溅射镀膜设备,目录第一章 真空34第五章 溅射镀膜设备,第五章 溅射镀膜设备,35,5-1 溅射镀膜设备,第五章 溅射镀膜设备355-1 溅射镀膜设备,第五章 溅射镀膜设备,36,5-2 溅射镀膜设备示意图,各个腔室底压要求：上下料腔室底压：C1/C7 1 x 10-3 mbar缓冲腔室底压 ：C2/C6 3 x 10-6 mbar传输腔室底压 ：C3/C5 1.5 x 10-6 mbar工艺腔室底压 ：C4/1C4/8 1.5 x 10-6 mbar,第五章 溅射镀膜设备365-2 溅射镀膜设备

12、示意图C1C,目录,第一章 真空第二章 等离子体第三章 溅射原理第四章 反应性溅射第五章 溅射镀膜设备,37,第六章 溅射靶及靶材配置,目录第一章 真空37第六章 溅射靶及靶材配置,第六章 溅射靶及靶材的配置,38,6-1 平面靶,6-2 圆柱靶,第六章 溅射靶及靶材的配置386-1 平面靶6-2 圆柱,第六章 溅射靶材及靶材的配置,39,圆柱靶与平面靶利用率比较,第六章 溅射靶材及靶材的配置39圆柱靶与平面靶利用率比较,第六章 溅射靶材及靶材的配置,40,6-3 靶材配置示意图,第六章 溅射靶材及靶材的配置406-3 靶材配置示意图C,第六章 溅射靶材及靶材的配置,41,膜层参数：,第六章 溅射靶材及靶材的配置41SPUTTER沉积工艺膜,讲解结束,讲解结束，谢谢！,42,讲解结束讲解结束，谢谢！42,知识回顾Knowledge Review,知识回顾Knowledge Review,