第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法ppt课件.ppt

《第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章薄膜物理气相沉积-溅射法及其他PVD方法概述溅射法是利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质做成的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子碰撞过程中将后者溅射出来。这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，实现薄膜的沉积。由溅射现象的发现到离子溅射在镀膜技术中的应用，期间经历了一个漫长的发展过程。1853年，法拉第在进行气体放电实验时，总是发现放电管玻璃内壁上有金属沉积现象；1902年，Goldstein证明上述金属沉积是正离子轰击阴极溅射出的产物；20世纪30年代，已经有人利用溅射

2、现象在实验室中制备薄膜；60年代初，Bell实验室和WesternElectric公司利用溅射制取集成电路用的Ta膜，开始了它在工业上的应用；1963年已经制作出全长约10m的连续溅射镀膜装置；1965年IBM公司研究出射频溅射法，使绝缘体的溅射镀膜称为可能；1974年，J.Chapin使高速、低温溅射镀膜称为现实，并发表了关于平面磁控溅射装置的文章。由于这种溅射装置的日臻完善和普及，使得溅射镀膜能以崭新的面貌出现在技术和工业领域。概述与传统的真空蒸镀相比，溅射镀膜具有许多优点。如：膜层和基体的附着力强；可以方便的制取高熔点物质的薄膜；在大面积连续基板上可以制取

3、均匀的膜层；容易控制膜的成分，可以制取各种不同成分和配比的合金膜；可以进行反应溅射、制取多种化合物膜，可以方便的镀多层膜；便于实现工业化生产，易于实现连续化、自动化操作等。概述3.1气体放电现象与等离子体直流电场作用下物质的溅射：对系统抽真空后，充入适当压力的惰性气体，如Ar。在正负电极间外加电压的作用下，电极间的气体原子将被大量电离。电离过程使Ar原子电离为Ar+和可以独立运动的电子，其中的电子会加速飞向阳极，而Ar+则在电场的作用下加速飞向作为阴极的靶材，并在与靶材的撞击过程中释放出相应的能量。离子高速撞击靶材的结果之一是使大量的靶材表面原子获得相当高的能量

4、，使其可能脱离靶材的束缚而飞向衬底。3.1气体放电现象与等离子体1、气体放电现象描述使真空容器中Ar气的压力保持1Pa，并逐渐提高两个电极之间的电压。开始时，几乎无电流通过，只有极少量的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极微弱的电流；电压逐渐升高，电离粒子的运动速度加快，即电流随电压上升而增加。当电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加，此时电流达到了一个饱和值。3.1气体放电现象与等离子体当电压继续升高，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的水平，它们与气体分

5、子的碰撞开始导致后者发生电离。这些过程均产生新的离子和电子，即碰撞过程使得离子和电子数目迅速增加。这时，随着放电电流的迅速增加，电压的变化值却不大。这一放电阶段称为汤生放电。在汤生放电后期，放电开始进入电晕放电阶段。这时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光环，因此这一阶段称为电晕放电。3.1气体放电现象与等离子体汤生放电阶段之后，气体会突然发生电击穿现象。这时气体开始具备了相当的导电能力，我们称这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子体。此时，电路中电流大幅度增加，同时放电电压却有所下降。在这一阶段，气体中导电粒子的数目大量增加，粒子碰撞过程伴

6、随的能量转移也足够大，因此放电气体会发出明显的辉光。电流的继续增加使得辉光区域扩展到整个放电长度上，同时，辉光的亮度不断提高。当辉光放电区域充满了两极之间的整个空间之后，在放电电流继续增加的同时，放电电压又开始上升。上述的两个不同的辉光放电阶段被称为正常辉光放电和异常辉光放电。3.1气体放电现象与等离子体随着电流的继续增加，放电电压将会再次大幅度下降，而电流强度则会伴随有剧烈的增加。这表明，等离子体自身的导电能力再一次迅速提高。此时，等离子体的分布区域发生急剧的收缩，阴极表面出现很多小的、孤立的电弧放电斑点。此时，气体开始进入弧光放电阶段。在弧光放电过程中，阴极

7、斑点会产生大量的焦尔热，并引起阴极表面局部温度大幅度地升高。这不仅会导致阴极热电子发射能力的大幅度提高，而且还会导致阴极物质自身的热蒸发。实际上，电弧蒸发方法即是利用了弧光放电过程中物质的蒸发现象。3.1气体放电现象与等离子体气体的放电类型：•Townsend放电：气体击穿的初期，放电电压比较高，且随输入功率的增加变化很小；放电电流随输入功率的增加而增加，但比较小；•正常辉光放电：当放电达到一定值以后，足够多的电子和离子使得放电可以自持，气体放电转化为正常辉光放电，此时的气体电导率比较大，极板间电压下降；•反常辉光放电：当电离度达到比较高以后，电流随功率增加变缓

8、，但电压迅速增加；•弧光