《溅射薄膜制备技术》PPT课件

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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

2、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等离子空间第二节、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？3、辉光放电过程定义：是指在低气压（1～10Pa

3、）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。2）辉光放电的I－V特性直流辉光放电的伏安特性曲线被激导电及非自持暗放电自持暗放电●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。●C点：击穿电压VB●

4、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。●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、尺寸和气体种类有关。●F点以后：弧光放电。特点是两极间

5、电阻很小。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，溅射效率较高，特别是成膜区可以扩大。起辉电压存在最小值：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。

6、产生的是冷等离子体：电子和原子及离子温度不等Te＝23000K，Ti=300-500K。离子质量大，其运动速度远低于电子：平均速度：Vi＝500m/sVe＝9.5×105m/s电子优先到达固体表面！结果：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。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5）

7、辉光放电的空间分布阿斯顿暗区：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：①电子获得足够能量，碰撞气体分子使其激发，退激发而发光。②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。两电极间电压降主要

8、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阴极鞘层阳极鞘层阴极阳极电位0Vp6)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Ⅰ存在溅射阈值，通常金属10-30ev。Ⅱ（<150ev）（150~1000ev）（1000~5000ev）Ⅲ能量大于数万ev，离子注入