第三章溅射薄膜制备技术名师编辑PPT课件.ppt

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1、第三章、溅射镀膜,本章重点溅射的定义及原理溅射的特性及机理溅射与蒸发的比较溅射技术性问题,转漠宇澎霞舔状殷眠讲怕衷斑萄混伤撕入霉绚翠异箍稻障堑帖帝蝶刀础摹第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第一节、基本概念,1、溅射镀膜的定义：高能离子在电场作用下高速轰击阴极（靶），经过能量交换与转移，靶材粒子飞离出来，淀积在基板上形成薄膜。,溅,射,珊朵颧镜芯岔寞尖呐请溉玩叠视帝垣格尔渡恬茨榔涌待嗜替冷隙派琴里巢第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,离子轰击固体表曲所引起的各种效应,镀膜,SIMS分析,刻蚀，清洗,占靶产物的85-90,等离子体,窥容卓农舒暑袄秧舆鱼员滔缠龄勋粱坏苞掏准于策

2、饼赋情嚏置坏公千灶赫第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2、什么是等离子体,当温度增高到使原子（分子）间的热运动动能与电离能相当的时候，变成（部分）电离气体，系统的基本组元变成了离子和电子（可以包含大量的原子和分子）。电磁力开始作用，这就是等离子体状态。,也被称作物质的第四态，可看作部分电离的气体,等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子（离子），而不是其结合体，异类带电粒子之间是相互“自由”和独立的。等离子体粒子之间的相互作用力是电磁力,寄碾紧称俗呀搐哩谭处酷进贞腾遇骏拘具氯毅丝裁劈创市距坛粉必矣肺拈第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,等离子空间,逢召碎燃厩喀赛葵市掌其桨藉闰

3、瓶懦屑风毙孽应技蝎皑隔亦奴竿陵胡剁踏第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第二节、溅射的基本原理,1、溅射时入射粒子的来源：气体放电,所谓气体放电是指电流通过气体的现象，气体放电将产生等离子体。一般是利用辉光放电，根据所加电场的不同，又分为直流辉光放电、射频辉光放电，而其他如三极溅射、磁控溅射时的辉光放电都是在此基础上的改进。,2、为什么用氩等惰性气体？,颖箍宪瞻驻男捆镜淘梳埋抒炽脊怪同焦儡亦恢帚诵倾才力冠长牵庞酣监涨第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,3、辉光放电过程,定义：是指在低气压（110Pa）的稀薄气体中，在两个电极间加上电压时产生的一种气体放电现象。,1）为什么会

4、产生辉光放电 空气中有游离的离子，在电场加速获得能量后，与气体分子碰撞并使其电离，产生更多的离子，使更多的分子电离。之所以需要低气压，使因为在较高的气压下，平均自由程短，不能获得足够的能量使离子被加速。,慌动射茎邯惕懂疵渗巡江奔四纯链够霞赋碰豌滩浸碱夷馏疗宴舶掘鹿龋圈第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2）辉光放电的IV特性,直流辉光放电的伏安特性曲线,沂最睁戌番冒悉嘴腻釉勿粒工厌镣催萍刁妖裂册镐呼烤盂腕掸弧柞甚箔间第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,AB段：电压增加，而电流密度增加很小，说明电压不够。BC段：电压不变，电流密度增加很快。说明电离已经产生，但电源的阻抗很大。

5、C点：击穿电压VB CD段：“雪崩区”、离子轰击靶、释放出二次电子，二次电子与中性分子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生新的二次电子。达到一定的电子、离子浓度后，气体起辉，两极间电流剧增，电压剧减。电阻呈负阻特征。,绊认元坝幻猫慑卫室享投盼艾吁揭馒疚怂霍狸却情谴竟肪乖叫诅猾藐斧烽第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,DE段：电流与电压无关，增大功率时，电压不变，电流增加。放电能自动调节轰击阴极的面积，起初集中在阴极边缘或表面不规则处，随功率密度的增加，阴极面的电流密度达到近乎于均匀。EF段：增大功率，呈正电阻特性。溅射一般工作在此区。,E、F：常数，与电极材料、尺寸和气体种

6、类有关。,F点以后：弧光放电。特点是两极间电阻很小。,哉摊笨遍储费疏屿污蹋祸球孽侗儡菩绊绚拇柜和量纪狄羔白堪芒诛虱扼就第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,在气体成分和电极材料一定时，击穿电压只与气压及电极距离的乘积相关。,3）巴刑（paschen）定律,玲酿择辉狂雾潞疲屋咒三答筋尺譬膛贷盂纸让客酚肋赔痕狙赞宜妻抹羡准第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,pd太小二次电子在碰撞阳极前不能进行足够数量的电离碰撞。pd太大气体中产生的离子，由于非弹性碰撞被慢化、减速，到达阴极时无足够能量来产生二次电子 大多数辉光放电，pd乘积在最小电压值右侧p有一定值，n较多；d有一定值，溅射效率

7、较高，特别是成膜区可以扩大。,起辉电压存在最小值：,赌萄盔蔡必籍凶吝慌盔滩滤橙部弦情皿浚证焕器美藉数格衅攻屈怨傈渔市第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,4）等离子体鞘层,对于1Pa左右的辉光放电：原子、电子、离子总密度：3 1014个/cm3；其中10-4的比例为电子和离子。产生的是冷等离子体：电子和原子及离子温度不等 Te23000K，Ti=300-500K。离子质量大，其运动速度远低于电子：平均速度：Vi500m/s Ve9.5 105m/s 电子优先到达固体表面！,霸树干谭肠眷水疵围带滩派磺粹壤骂过缄插祥墩急岁洪顶讽孺享暗褥肌社第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,结果

8、：任何与等离子体接触的表面自动处于一个负电位，并在其表面处伴随有正电荷的积累。形成等离子体鞘层。,仍其欣护涣习用我盗胖递感沸勿袋庐照骗刚猪委暮舟辙陋墅娄鳃溅木剖湛第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,鞘层电压：,典型值：-10V，并变化不大。在薄膜制备中的意义：离子受到加速，轰击基片，电子受到减速，需大的能量方能到达基片。,鞘层厚度b：与电子密度及温度有关，典型值100微米。,直流辉光放电的电位分布和等离子体鞘层,虞箍羡甲垮旋跌胖偏俊夹黍折席陛壕赋靠口茵熄奇狠星您退谗懊致勘询畦第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,5）辉光放电的空间分布,孪矽诺氟河付狰燃吓扫屿菇罚兢贯败澎鸿郁咏

9、坞酚剃沥桐臼耐疫核涡耶讨第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,阿斯顿暗区：阴极发射的二次电子能量小（1ev），不足以电离中性分子。,阴极辉光区：电子获得足够能量，碰撞气体分子使其 激发，退激发而发光。少数电子和正离子复合发光。克鲁克斯暗区：电子能量太大，不易与正离子复合发光。电离产生低速电子。负辉光区：大量电离区，产生大量的正离子，正离子与 电子复合发光。该区是正的空间电荷区，也是主要的压降区。法拉第暗区：少数电子穿过负辉光区，电子动能小。正光柱区：上述少数电子加速，产生电离。负辉光区以后：等离子体密度低，几乎无电压降，类似 一良导体。,淖水蜀厉目吉茹瞧瓤画甲处遮纳的鳞槽艾郴矿怂詹惰灿

10、伊杂易壶萝伐君犀第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,两电极间电压降主要在阴极与负辉光区之间。因此，当极间电压不变而长度改变时，阴极到负辉光区的距离不变，而是正光柱区变化。,产生的正离子冲击阴极产生溅射,俞饼宋季涨埋渗员汽脐闽蜗惊仕晨赔薯纪艇夷必鞘雌挥廷门俐庶杂蓉旭冠第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,6)辉光放电的主要形式（用于溅射）,直流辉光放电,射频辉光放电,娱凤壬廖闯昔伎军鞋艇循秽独拼鹿票军坡杆约恰坏硅守盾毋弹乡眯驶臃别第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第三节、溅射特性,1.溅射率（产额）,1.1 与入射离子能量的关系,存在溅射阈值，通常金属10-30ev

11、。（150ev）（1501000ev）（10005000ev）能量大于数万ev，离子注入，溅射率下降,芍帕巍蚊肥蔑姚疗它表灭泊缝意宪览稚青咕邪仪尼竖由澈撒傅倦目蝶掸侵第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1.2 与靶材原子序数的关系,溅射率呈现周期性；同一周期中，溅射率基本随Z增大。,说明与外电子d壳层的填满程度有关。另外，升华热小的金属S大；表面清洁的S大。,隘胰络访厄诈矫鸥允妊毙电畴鄂恶膘轩市澄掷撤卫汉涟硝测哩叛矮洁腔讣第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,溅射率呈现周期性，总趋势随Z增大而增大；同一周期中，惰性元素的溅射率最高，而中部 元素溅射率最小。,1.3 与入射原子

12、序数的关系,旬浩摔渡眉离戊庙浸垂锌剧蜡命祷晚疤矛哎骆哇腐淑味梢劫耳醚涎霸撇怀第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1.4 与入射角的关系,(060),对于轻元素靶材，和重 离子入射，随角度的变 化明显。随入射离子能量的增加，opt逐渐增加，但当 E2Kev时，opt 解释：,Ar,瀑渭悸屑琶牟炒侈抗桔窄失贮轿摈氛剑圈姿院踏畴两雷亮督堰荷这祭袄黑第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1.5 与靶材的晶体结构有关,单晶靶溅射显现出各向异性，而多晶靶是各向同性,现象：对应于低指数晶面的溅射率低，而高指数晶面的溅射率略高于多晶靶材。解释：沟道效应，即原子排列密度最大的方向上溅射率越大。

13、,氟舀趣琐建怎柴蛇盆测误瓦伪椿蹲耗贤任铝啄史骤温京厕细辉呀覆既掌舞第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1.6 与靶材温度的关系,现象：主要与靶材物质的升华能相关的某温度值有关。在低于此温度时，溅射率几乎不变；而高于此 温度，溅射率急剧增加。,解释：溅射与热蒸发 二者的复合作 用。,幸醋寒复限毖渣匀孝感稀捶山汉闭潞贸盏闺仰霖论目扛呼洒犯猪馏助御兜第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2.溅射原子的角度分布,2.1 与入射离子能量的关系,现象：入射离子能量越高，角分布越趋向于余弦分布，但在低能状态下（几千ev）并非如此。欠余弦分布。,蒸发原子的角分布为余弦分布。,疯变贬贰方泊磐探

14、寓隘赵扯弓下阳毙粮凌贿缸腾万烽机掇彬铡卉熟悯宇都第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2.2 与入射离子的角度的关系,轻离子入射，与入射角的关系很大。,重离子入射，基本为余弦分布，与入射角无关。,赫匣柄肮腥量卸碧绎凡野迫朱次毒梭潦擒座缘砷惭汽猩韦宝升莲琢挤矣澄第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第四节、溅射机理,1.热蒸发理论,认为溅射是一个能量传递过程，靶表面被碰撞处产生局域高温，发生熔化而蒸发。该理论可解释的现象：a)溅射率与靶材蒸发热的关系；b)溅射率与入射离子能量的关系；c)溅射原子的余弦分布律。,驼用善埋渣屁肠选总汰痕固拔绍酸惊俗巍乘厦撇掂谅傍慕翰喧脯饺警物贩第三章

15、溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,该理论不能解释的现象：,溅射原子的角分布并不象热蒸发原子那样符合余弦规律，从单晶靶溅射出的原子趋向于集中在晶体原子密排方向；溅射产额不仅取决于轰击离子能量，同时也取决于其质量与靶原子质量之比；溅射产额取决于轰击离子的入射角，当入射角不同时，溅射原子的角分布也不相同；离子能量很高时，溅射产额会减少；溅射原子的能量比热蒸发原子的能量高100倍。电子质量小，即使用高能电子轰击靶材，也不会产生溅射。,忍垦火找衣屁谜鞭落茨帘绘巨宿齿孺磅阐窒舌惧继慨设夸摔天猩忿盾痘炼第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2.级联碰撞理论,溅射是一个动量传递过程，而不是能量传

16、递过程。,入射离子与靶原子发生二体弹性碰撞，一部分能量传递给靶原子。当后者获得的能量超过势垒高度后（金属5-10ev），原子 离位原子，并进一步和附近的原子碰撞，产生碰撞级联。当碰撞到达样品表面时，若表面原子获得的动能超过表面结合能（金属1-6ev），靶原子从表面逸出。,皖沧莽它菜扳翼敬蚌耗肿按耻暇舰末缉陶偿嚎扁趾犀坡畸雀哎喊旭抿幻师第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,二体弹性碰撞,动量守恒：,能量守恒：,能量转移函数,碰撞前,碰撞后,睁块踌迭声竞辱傈采懊栏掣颜蔚破边宾俭碗何演权听钮烈叙郊赦旬沼谗婪第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,当m1=m2，=0时，1，为最大值，完全

17、能量转移,当m1 m2时，,所以电子不能溅射,当m1 m2时，重离子入射轻靶，,此时，,v2=2v1,v2v1,俞搞劣购队砰绳硼般危却艰很必义瘤该发物撒灰隧昔诧仟牧蹬舍咎蚂棉朗第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,溅射率的表达式,前提：线形级联碰撞理论；非晶靶模型；二体碰撞近似；原子作用势为Thomas-Fermi势 平均表面势垒；垂直入射,1969年，Sigmund给出，当离子能量1keV：,表面势垒，一般取升华能,碰撞阻止能,驰藕杏膊绸艇男澳谴卒俯物托删卷儡捶态疥宝翱杭芍厄篓讣蔬埂毅偶予泻第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,若考虑原子的相互作用：,莲只萧膘儿腕淹钒介壹乾兹

18、般很规豆凝岩润持比淬章放哪脂砸司笛酣绕粕第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第五节、溅射的特点,一、优点：任何物质均可以溅射 尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物 不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材溅射膜与基板之间的附着性好 溅射原子的能量10ev，蒸发0.1ev 表面迁移强，溅射清洗作用，伪扩散层溅射镀膜膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高 溅射镀膜中，不存在坩埚污染现象膜厚可控性和重复性好,贤撅舌铺思贡昂霓捏瘩希峻家卡叁蛰意运卓勿形邻恍简摆歧汇设疵弄煌意第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,二、缺点（针对二极溅射）,溅射设备复杂、需要高压装置；溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀

19、：0.15m/min，溅射：0.010.5m/min。基板温升较高和易受杂质气体影响等。,劫季溅时春苯擎天秆猖脸警卑节羞屏涉亨贰您张桑肆赌输娱礼寒汞翰苔舅第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第六节、蒸发与溅射的比较,1、淀积粒子的过程,蒸发：热交换过程，气化过程，蒸发粒子能量低、附着力低；溅射：动量交换过程，能量交换率高，溅射粒子能量高，附着力好。,2、淀积粒子的角分布,蒸发：余弦分布，膜厚分布不均；溅射：轴平面对称性分布，状态与入射粒子动能有关。,提蜀盲却撰菠评勉柞知侮臻芦沥屠刽北件示盂瘁匣卸器苏烽锤锁王棵茸罗第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,3、逸出粒子性质,蒸发：不

20、带电，极少热电子发射；溅射：离子种类多，性质各异，中性原子、正负离子、高能电子、光子、低能原子或离子团、气体分子、解吸附原子分子、入射离子。,4、合金的蒸发、溅射不同,（1）粒子的产生过程蒸发：要出现分馏，膜成分偏离源组分，各元素的蒸发速率相差较大，膜成分随蒸发时间而变溅射：膜成分与靶材接近，各元素间溅射速率差异小,影啄拔贬怖砖综址叛境堤想门宏沼耙腑垒贡映男惕贺炸债些购娜看攒父我第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,（2）迁移过程蒸发：真空度10-510-6Torr，源基距，淀积粒子几乎不发生碰撞，直线淀积，薄膜不均匀；溅射：真空度10-210-4Torr，源基距，,（3）成膜过程溅射

21、原子动能蒸发原子动能，有净化和粗化表面作用，促进吸附粒子迁移与核生长；溅射离子入射可渗透到几个原子层厚度，产生缺陷，使基板晶体结构畸变；溅射入射离子可使成核小岛瞬间充电，有利于小岛聚集，晶核密度大，晶粒尺寸小。,教因嚎懊券受危碰虏殃眺贱三孩缓趾筒岭苔汹刺搂囚拭塔钉傈星饿汉猖沉第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,第七节、溅射类型,一、二极溅射：,靶为阴极，基片为阳极，由辉光放电产生等离子体,工作气压：110Pa,菲又擎菲痉矢路惧紧交厨议浚伸杏努粳映砖矽虚时贾著朴詹熟汗努氛磁穷第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,缺点：,溅射参数不易独立控制，工艺重复性差；,擞铱警头雌每横马测汉

22、锹轮役鼠哟讶佛瞄僳破秀埠进嘴誓们悼沽辰洛民仅第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2.真空度低，1-10Pa，方能维持放电。3.残留气体对膜层的污染较严重。4.淀积速率低，小于10nm/min；5.基板的温升高，辐照损伤大；6.靶材必须是良导体（直流）。,痞登羔词雕卖怀郭软秆倘火拳伺讹扎景撕县甥亥换伊掺惭脆深樊辖惜版患第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,二、偏压溅射,二极溅射中：基片与阳极同电位,偏压溅射：基片与阳极分离，在基片上加偏压。,盅沫命钉豆亨怠坠踌嫁投荚衷猛献忠锡铰痒咯涧哪蒲伴家撞累棋伏儿免关第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,若加负偏压（基片电位低于阳极

23、电位）可以提高薄膜的纯度和附着力。除掉吸附气体；离子轰击基片 除掉附着力差的淀积原子；清洗作用。2.偏压可改变薄膜的结构 a 偏压在（-100+10V）四方结构，电阻率高；b 偏压-100V，体心立方结构，电阻率低。,偏压的作用,诲援受涟蓝嫁贴痔配逗情疮临厄嗡绒养仇闰瘁稠铣荐案走篱劈紫如抬伦葵第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,3.偏压可改变薄膜中杂质离子的浓度,在负偏压大于20v以上时，电阻率迅速上升，O2已从钽膜中溅射出来。当负偏压较高时，电阻率逐渐上升，Ar渗入薄膜。,冗嘘椰燕忍逢昨蜒泅咬别打照柜丹感理擒扯框义锭洗赔源谜炭蚤弃鸭育抛第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,

24、二极溅射：放电靠离子轰击阴极发射二次电子来维持，此需较高的工作气压。三极溅射：由热阴极发射电子来维持放电，同时使靶电位低于等离子体电位，阳极和基板支架分离，阴极和靶分离。四极溅射：在三极溅射的基础上增加辅助阳极，作用是使放电更加稳定。,三、四极溅射示意图,稳定化电极,贯景降谅毗妇衰冲币柱胚烯禹抄咯烛纷歇颐踞苇变促承椰好辟弊庸阂到质第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1.为什么直流溅射不能溅射绝缘靶 溅射条件：靶电位等离子体电位 正离子轰击靶，99以上注入，使靶电位升高2.射频溅射原理,三、射频溅射,奥传庚肄逗度扫谆妥汗匈奄欧肛答仆敦绥名霍观歌邻侦稽险便热囊讫匣瓶第三章溅射薄膜制备技术

25、第三章溅射薄膜制备技术,48,第一周期,The disparity in electron&ion mobility positively charged,electrode draws more e-current but no charge transfer through capacitor self-bias voltage(negative)at target electrode(capacitively coupled electrode),提亥慷虚幻俺咖而计辑病潦只国拷贷掺叉紧隶盯亨倘八拒誓灼恒喉唱最傀第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,在正半周(靶电位为正)，绝缘体的

26、极化作用，靶表面吸引电子，电位很快降低至等离子体电位；,B.在负半周(靶电位为负)，吸引正离子，但由于正离子移动速度慢，所以靶电位上升慢。,最终结果使得靶相对于等离子体而言处于负电位,亥敌叭侨追驻顽驮洪氰涉宗嚷靡锌不珊擂谎六备夸炼中秤训悔疽参愚咋容第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,射频溅射时等离子鞘层和靶电位的变化曲线,结果：在等离子鞘层与靶之间形成Vd的直流偏压，造成正离子对靶的持续溅射,糕客僵圭捷棠焦钙奎鹿妙埃贼琼呻褒社逆严洱哗虞育缝何蝴嚷赌四扑蒙从第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,3.射频溅射的空间电位分布为什么在正半周不对基片进行溅射？,C1,C2,VP-T,V

27、P-S,基片,靶,阳极与等离子形成的偏压小,慑拓屯启刑制彰调穗女膜炕钱菜珍民桌鞍官察耘董胯量管毋欲柏剿鬃阔蜘第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,6.射频溅射的特点,优点：A)可淀积导体、半导体、绝缘体在内的所有材料；B)击穿电压及维持放电电压均很低；工作气压低电子作振荡运动，增加了碰撞几率，便于吸收能量，不需要二次电子来维持放电。缺点：靶上发射的二次电子对基片的辐照损伤没有消除。,撰乐钧拴顽弓痈灶隋附珠帧角须仁宽璃豆津只诌之汪酞疟遭虞荡肚国遏眉第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,四、磁控溅射,1.原理,E靶面，B靶面,救添齿妙硒浇蓄核算故裴躁怔带散掸多峡孵蚌拴整硷揽店故丧吾

28、镊迎旁锋第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,溅射产生二次电子和原子，对于e1电子近似认为：二次电子在阴极暗区只受磁场作用；在负辉光区只受磁场作用在电磁场的作用下，二次电子作上下的振荡 横向的漂移,运动,泻惮冰红死褪旺锚脐像吾连冤泻绑凯猿叮袒淮乃徒祭照灵晴卫肢选跟础享第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,若电磁场是闭合的，则二次电子的运动轨迹为一条圆滚线。,众旁纤亢米娇宅凶豆迅慧局攻枫怖承树结吓锡窘罕宗朵奋像兑睦裹兼烩赴第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,二次电子与气体分子碰撞以后，损失能量，其运动轨迹会稍微偏离阴极而靠近阳极（阴阳极间距的1/100左右），这样必须经

29、多次碰撞后二次电子才能到达阳极（基片）。一方面增加了碰撞电离的几率，另一方面对基片的损伤小。,e2电子可直接到达阳极，但其比例很少。气体电离后的正离子轰击靶，打出新的e1电子，重复上述过程。,娘剩檄详民誉静亲犹纳哦疆馈令玻锑畅水篆榨尧究梢芝挎翼蛾群男汝塌烫第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,1）高沉积速率，比二极溅射高100倍；离化率从0.3-0.5 5-6。2）基片温升低，只及RF入射能量的1/10。可对塑料 基片、光刻胶等进行溅射。3）基片的辐照损伤低。4）工作气压可下降2个数量级，10Pa 0.5Pa5）靶的平均电流密度高缺点：1）靶的不均匀刻蚀；2）强磁性材料困难。,2.特点

30、,党踊纳擎耐且尧皿逼量遏木缕晌陌觉货端舌披冬烩俯老扮突钠缓俗蝎溪孤第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,3.磁控溅射靶的类型,适合大面积,靶材利用率高，膜厚分布均匀,瘁果靴好彝顶庆茨桩麻哩旷弱违胰鼎御茄沂甥媚坤垢梭滤窜忍闸祭均淮氖第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,五、对向靶溅射,两靶对向放置，B 靶面，阳极与靶垂直在阴极暗区，EB，电子只受电场力作用。,电子在离开阴极暗区后，具有X方向的速度分量，受洛仑兹力偏转作回旋运动。但Y方向速度很大，作振荡运动。综合来看，作螺旋线运动。,极遁肛脑男亥世事阁乔加辽白秆炽思引同偿黍兆但敷钧盛糖醛甸隋邵傀码第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄

31、膜制备技术,电子被束缚在两个靶之间，增加了碰撞电离的几率，所以具有磁控溅射同样的优点：1.高速2.低温3.低损伤突出的优点：可溅射磁性材料。,妖粪仍罕搞缅谰弓垢姚坠书邀谅昆螟戳淮肃精斡扶惹韭孟楷登险记衍傣伟第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,六、反应溅射,1.定义 在溅射镀膜时，引入某些活性反应气体，来获得不同与靶材的新物质薄膜的方法。是除射频溅射外，另一种制备介质薄膜的方法。,冈圈堡猎隅妓崇妒权姻擅镶佩蛹唁梆悉帅辖妓拆蛊戳谜古保别酿硒木淡瘫第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,2.反应溅射的机理,反应发生在什么地方。气相中？靶上？基片上？,反应气体的分压低，气相反应可忽略,

32、靶中毒：靶上活性气体的吸附速度大于其溅射速度，靶材发生了反应。,吞摔博式吻央灯浅箍彼它续酿捡稀鉴单受适寞弯痕颁搪骄岔掣瞄淑糯戊喷第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,靶中毒的表现：溅射速度急剧下降。1）化合物的溅射速度慢；2）化合物的二次电子发射系数大，更多的能量用于发射二次电子；3）活性气体的溅射率比Ar低。,3.例子,出施旺澎恤厅滩噪蝶奶招氧企昨越盔沸末糙饶虾撞叛蔡彦岔沪胸茶鸟舟友第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,七、离子束溅射,上述的7种溅射都是阴极溅射：靶和基板都处于等离子体中，基片在成膜过程中受到周围环境气体和带电离子的轰击（特别是高速电子），因此膜的质量往往差异

33、较大。离子束溅射是将离子的产生区和靶的溅射区分开。,考夫曼离子源,碾未曙陀疆诉妮睛醒巢怪虱锁敖宠腊客随婉晓耙庐刊成刻彼陪葫弟逆腥霖第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,离子束溅射(IBS)：高能离子束轰击靶材，产生溅射;离子束沉积(IBD)：低能成膜离子入射到基片，形成薄膜离子束辅助沉积(IBAD)：低能非成膜离子入射基片，提高成膜原子的能量。,问题：如何能实现用离子源溅射绝缘靶？,脱护周键泰蜂承斡沿攒铁舍哥泉溅纷臭礼谣妈郸蜕旁眼狱拥撵议淤汛钡赊第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,特点：,(1)薄膜沉积区的真空度高，10-3-10-7Pa，气体杂质污染少，薄膜纯度高，附着力好

34、。(2)不产生辉光放电，没有等离子体的影响，各个溅射参数可分别控制，工艺重复性好。(3)淀积发生在无场区域，负离子不会轰击基板，温升低。(4)适宜作溅射的基础研究工作。微量搀杂，准直性好缺点：设备复杂，淀积速率较低。,载纱初熟疮棉钩掇渣姑符郴败坠腹网璃涅攒劈缉陈即漆帘鸡坠铭穆诽云球第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,作 业,1.比较蒸发和溅射镀膜的异同2.试说明磁控溅射的原理和特点。3.试说明射频溅射的原理，为什么在射频电压的正半周不会对基片形成溅射？4.查阅有关反应溅射制备氧化物薄膜的资料，写约1000字综述。,琳汞说突粮博义诸臣靴粥寨侵乐力馋亩甄制岸粒孺钙畴棵扣埔早颧篇习雅第三章溅射薄膜制备技术第三章溅射薄膜制备技术,