第四章-薄膜的物理气相沉积(Ⅱ)--溅射法ppt课件.ppt

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1、4.1辉光放电与等离子体4.2物质的溅射现象4.3溅射沉积技术第四章薄膜制备技术-溅射法第四章薄膜制备技术-溅射法溅射法利用带电离子在电磁场的作用下获得足够的能量，轰击固体（靶）物质，从靶材表面被溅射出来的原子以一定的动能射向衬底，在衬底上形成薄膜。溅射法的分类直流溅射射频溅射磁控溅射反应溅射偏压溅射第四章薄膜制备技术-溅射法溅射镀膜的特点（1）对于任何待镀材料，只要能作成靶材，就可实现溅射（2）溅射所获得的薄膜与基片结合较好（3）溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好（4）溅射工艺可重复性好，可以在大面积衬底上获得厚度均匀的薄膜

2、靶材是需要被溅射的物质，作为阴极，相对阳极加数千伏电压，在真空室内充入Ar气，在电极间形成辉光放电。辉光放电过程中，将产生Ar离子，阴极材料原子，二次电子，光子等。4.1辉光放电和等离子体一、辉光放电的物理基础等离子体等离子体是一种中性、高能量、离子化的气体，包含中性原子或分子、原子团、带电离子和自由电子。作用：1、提供发生在衬底表面的气体反应所需要的大部分能量2、通过等离子刻蚀选择性地去处金属4.1辉光放电和等离子体产生辉光放电通过混合气体中加直流电压、或射频电压，混合气体中的电子被电场加速，穿过混合气体，与气体原子或分

3、子碰撞并激发他们，受激的原子、或离子返回其最低能级时，以发射光（或声子）的形式将能量释放出来。不同气体对应不同的发光颜色。4.1辉光放电和等离子体真空室电极高真空泵等离子体RF发生器匹配部件4.1辉光放电和等离子体CHF2radicalHigh-energyelectronFluorine(neutral)CHF3moleculeFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineElectronCollisionresult

4、sindissociationofmolecule.High-energyelectroncollideswithmolecule.4.1辉光放电和等离子体直流电源E,提供电压V和电流I则V=E-IR。1、辉光放电过程包括初始阶段AB：I=0无光放电区汤生放电区BC：I迅速增大过渡区CD：离子开始轰击阴极，产生二次电子，又与气体分子碰撞产生更多离子辉光放电区DE：I增大，V恒定异常辉光放电区EF：溅射所选择的工作区弧光放电：I增大，V减小弧光放电区FG：增加电源功率，电流迅速增加4.1辉光放电和等离子体ABCDEFG2、辉光

5、放电区域的划分阴极辉光；阴极暗区；负辉光区；法拉第暗区；阳极柱；阳极暗区；阳极辉光暗区是离子和电子从电场中获取能量的加速区，辉光区相当于不同粒子发生碰撞、复合、电离的区域。4.1辉光放电和等离子体4.2物质的溅射现象离子轰击固体表面可能发生一系列的物理过程，每种过程的相对重要性取决于入射离子的能量。一、溅射的产额：被溅射出来的原子个数与入射离子数之比。它与入射能量，入射离子种类，溅射物质种类及入射离子的入射角度有关。4.2物质的溅射现象图3.7入射离子能量的影响只有入射离子能量超过一定阈值以后，才能从被溅射物质表面溅射出离子

6、，阈值能量与入射离子的种类关系不大，与被溅射物质的升华热有一定比例关系随入射离子能量的增加，溅射产额先增加，然后处于平缓（10Kev)，离子能量继续增加，溅射产额反而下降4.2物质的溅射现象2入射离子的种类和被溅射物质的种类通常采用惰性气体离子来溅射，由图3.7知，重离子的溅射产额比轻离子高，但考虑价格因素，通常使用氩气作为溅射气体。用相同能量的离子溅射不同的物质，溅射产额也是不同的，Cu,Ag,Au产额高，而Ti,W,Mo等产额低。4.2物质的溅射现象4.2物质的溅射现象3、离子入射角度对溅射产额的影响倾斜入射有利于提高产

7、额，但当入射角接近80时，产额迅速下降合金的溅射和沉积：溅射法的优点所制备的薄膜的化学成分与靶材基本一致。自动补偿效应：溅射产额高的物质已经贫化，溅射速率下降，而溅射产额低的物质得到富集，溅射速率上升。4.2物质的溅射现象4.3溅射沉积装置一、直流溅射装置及特性（只适用于靶材为良导体的溅射）气体离子靶材离子二次电子一、直流溅射装置及特性溅射气压1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。阴-阳极距离适中，大约为阴极暗区的2倍溅射电压1-5KV。靶材必须为金属。为保证薄膜的均匀性，阴极平面面积大约为衬底的2倍。一、直流溅

8、射装置及特性工作原理：当加上直流电压后，辉光放电开始，正离子打击靶面，靶材表面的中性原子溅射出，这些原子沉积在衬底上形成薄膜。在离子轰击靶材的同时，也有大量二次电子从阴极靶发射出来，被电场加速向衬底运动，在运动过程中，与气体原子碰撞又产生更多的离子，更多的离子轰击靶材又释放出更多的电子，从