磁控溅射法制备有机场效应管栅介电层

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1、磁控溅射法制备有机场效应管栅介电薄膜1.基础知识1、溅射溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在简单的溅射装置图靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。溅射的特点是：(1)溅射粒子(主要是原子，还有少量离子等)的平均能量达几个电子伏，比蒸发粒子的平均动能kT高得多(3000K蒸发时平均动能仅0.26eV)，溅射粒子的角分布与入射离子的方向有关。(2)入射离子能量增大(在几千电子伏范围内)，溅射率(溅射出来的粒

2、子数与入射离子数之比)增大。入射离子能量再增大，溅射率达到极值；能量增大到几万电子伏，离子注入效应增强，溅射率下降。(3)入射离子质量增大，溅射率增大。(4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大，溅射率增大(倾斜入射比垂直入射时溅射率大)。(5)单晶靶由于焦距碰撞(级联过程中传递的动量愈来愈接近原子列方向)，在密排方向上发生优先溅射。(6)不同靶材的溅射率很不相同。2、磁控溅射通常的溅射方法，溅射效率不高。为了提高溅射效率，首先需要增加气体的离化效率。为了说明这一点，先讨论一下溅射过程。当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时，会引起电子发射，

3、在阴极表面产生的这些电子，开始向阳极加速后进人负辉光区，并与中性的气体原子碰撞，产生自持的辉光放电所需的离子。这些所谓初始电子(primaryelectrons)的平均自由程随电子能量的增大而增大，但随气压的增大而减小。在低气压下，离子是在远离阴极的地方产生，从而它们的热壁损失较大，同时，有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极，所引起的损失又不能被碰撞引起的次级发射电子抵消，这时离化效率很低，以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。通过增大加速电压的方法也同时增加了电子的平均自由程，从而也不能有效地增加离化效率。虽然增加气压可以提高离化率，但在较

4、高的气压下，溅射出的粒子与气体的碰撞的机会也增大，实际的溅射率也很难有大的提高。如果加上一平行于阴极表面的磁场，就可以将初始电子的运动限制在邻近阴极的区域，从而增加气体原子的离化效率。常用磁控溅射仪主要使用圆筒结构和平面结构，如图所示。这两种结构中，磁场方向都基本平行于阴极表面，并将电子运动有效地限制在阴极附近。磁控溅射的制备条件通常是，加速电压：300~800V，磁场约：50~300G，气压：1~10mTorr，电流密度：4~60mA/cm，功率密度：1~40W／cm，对于不同的材料最大沉积速率范围从100nm／min到1000nm／min。同

5、溅射一样，磁控溅射也分为直流(DC)磁控溅射和射频(RF)磁控溅射。射频磁控溅射中，射频电源的频率通常在50~30MHz。射频磁控溅射相对于直流磁控溅射的主要优点是，它不要求作为电极的靶材是导电的。因此，理论上利用射频磁控溅射可以溅射沉积任何材料。由于磁性材料对磁场的屏蔽作用，溅射沉积时它们会减弱或改变靶表面的磁场分布，影响溅射效率。因此，磁性材料的靶材需要特别加工成薄片，尽量减少对磁场的影响。两种磁控溅射源的示意图，圆筒结构(a)和平面结构(b)3.表征溅射特征得参量主要有溅射阈值，溅射率，溅射原子的速度和能量等。溅射阈值：采用溅射法制备的薄膜

6、种类很多，所需要的靶材种类也很多。对于每一种靶材，都存在一个能量阈值，低于这个值就不会发生溅射现象。不同靶材其溅射阈值不同。溅射率：它表示正离子轰击作为阴极的靶材时，平均每个正离子能从靶材上打出的原子数目，就是被溅射出来的原子数与入射离子数之比。溅射率的大小与入射离子的能量、种类、靶材的种类，入射离子的入射角等因素有关。溅射原子的能量和速度：溅射原子的平均逸出能量，随入射离子能量的增加而增加；在相同轰击能量下，原子逸出能量随入射离子质量线性增加；不同靶材具有不同的原子逸出能量，溅射率高的靶材料，原子平均逸出能通常较低。1.仪器设备介绍实验采用QH

7、V-350B型超高真空磁控溅射镀膜系统。本系统主要由磁控溅射室、磁控溅射靶、样品水冷和基片加热转盘、溅射离子泵控制仪、射频电源、泵抽系统（前级泵：机械泵，后级泵：有扩散泵，分子泵）、真空测量系统、气路及流量监测系统、电控系统和微机控制镀层系统组成。2.实验题目与内容实验题目：磁控溅射法制备有机场效应管栅介电薄膜实验内容：有机场效应晶体管为电场效应控制电流大小的半导体器件。由于有机材料特有的柔性，轻质的特点，使场效应晶体管更加便携，可以制备在柔性衬底上。在大规模和超大规模集成电路中被广泛用于放大电路及开关器件中。有机场效应晶体管的栅电极与栅介电层相

8、连，通过给栅极加栅偏压在介电层的另一侧（有机活性层）感应出电荷载流子，在漏源电压的作用下电荷定向移动形成导电沟道。因此栅介电层的作用尤为