薄膜材料与技术-5 课件

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1、薄膜材料与技术（5）李美成2006秋季学期1第五章溅射镀膜法5.1溅射镀膜的特点5.2溅射的基本原理5.3溅射镀膜的类型5.4溅射镀膜的膜厚均匀性薄膜材料与技术薄膜材料与技术2所谓““溅射溅射””是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子（或分子）从表面射出的现象。射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需动能，所以大多采用离子作为轰击粒子。该粒子又称入射离子入射离子。由于直接实现溅射的机构是离子，所以这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜离子溅射镀膜或淀积。薄膜材料与技术薄膜材料与技

2、术3与薄膜沉积过程相反，利用溅射也可以进行刻蚀。淀积和刻蚀是溅射过程的两种应用。溅射这一物理现象是130多年前格洛夫（Grove）发现的。广泛用于各种薄膜的制备。如制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质薄膜，以及化合物半导体薄膜、碳化物及氮化物薄膜，乃至高Tc超导薄膜等。薄膜材料与技术薄膜材料与技术45.1溅射镀膜的特点溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比：溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比：任何物质均可以溅射任何物质均可以溅射。尤其是高熔点、低蒸气。尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。不论是金属、半导体、绝缘压元素和化合物。不论是金属、半导体、绝缘体、化合物和混合物等，只

3、要是固体，不论是体、化合物和混合物等，只要是固体，不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材。块状、粒状的物质都可以作为靶材。由于溅射氧化物等绝缘材料和合金时，几乎不由于溅射氧化物等绝缘材料和合金时，几乎不发生发生分解和分馏分解和分馏，所以可用于制备与靶材组分，所以可用于制备与靶材组分相近的薄膜和组分均匀的合金膜，乃至成分复相近的薄膜和组分均匀的合金膜，乃至成分复杂的超导薄膜。杂的超导薄膜。此外，采用此外，采用反应溅射法反应溅射法还可制得与靶材完全不还可制得与靶材完全不同的化合物薄膜，如氧化物、氮化物、碳化物同的化合物薄膜，如氧化物、氮化物、碳化物和硅化物等。和硅

4、化物等。薄膜材料与技术薄膜材料与技术5溅射膜与基板之间溅射膜与基板之间的附的附着性着性好好。由于溅射原子。由于溅射原子的能量比蒸发原子能量高的能量比蒸发原子能量高11~~22个数量级，因个数量级，因此，高能粒子淀积在基板上进行能量转换，产此，高能粒子淀积在基板上进行能量转换，产生较高的热能，增强溅射原子与基片附着力。生较高的热能，增强溅射原子与基片附着力。另外，一部分高能量的溅射原子将产生不同程另外，一部分高能量的溅射原子将产生不同程度的度的注入现象注入现象。在基板上形成一层溅射原子与。在基板上形成一层溅射原子与基板材料原子相互基板材料原子相互““混溶混溶”

5、”的所谓的所谓伪扩散层伪扩散层。此。此外，在溅射粒子的轰击过程中，基片始终处于外，在溅射粒子的轰击过程中，基片始终处于等离子区中被清洗和激活，清除了附着不牢的等离子区中被清洗和激活，清除了附着不牢的沉积原子，沉积原子，净化且活化基片表面净化且活化基片表面。因此，使得。因此，使得溅射膜层与基片的附着力大大增强。溅射膜层与基片的附着力大大增强。薄膜材料与技术薄膜材料与技术6溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯纯度度较较高。高。因为在溅射镀膜过程中，不存在真空蒸因为在溅射镀膜过程中，不存在真空蒸镀镀时无法避免的坩埚污染现象。时无法避免

6、的坩埚污染现象。膜厚可控性和重复性好。膜厚可控性和重复性好。由于溅射镀膜时的放由于溅射镀膜时的放电电流和靶电流可分别控制，通过控制靶电电电流和靶电流可分别控制，通过控制靶电流流则可控制膜厚。所以，溅射镀膜的膜厚可控则可控制膜厚。所以，溅射镀膜的膜厚可控性性和多次溅射的膜厚再现性好，能够有效地镀和多次溅射的膜厚再现性好，能够有效地镀制制预定厚度的薄膜。预定厚度的薄膜。此外，溅射镀膜还可以在较大面积上获得厚此外，溅射镀膜还可以在较大面积上获得厚度度均匀的薄膜。均匀的薄膜。薄膜材料与技术薄膜材料与技术7溅射镀膜的缺点：溅射镀膜的缺点：溅射设备复杂、需要高压装置；溅

7、射设备复杂、需要高压装置；溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为为0.10.1∼∼55µµmm/min/min，而溅射速率则为，而溅射速率则为0.010.01∼∼0.50.5µµmm/min/min；；基片温升较高和易受杂质气体影响等。基片温升较高和易受杂质气体影响等。但是，由于但是，由于射频溅射射频溅射和和磁控溅射磁控溅射技术的发技术的发展，在实现快速溅射沉积和降低基片温度方展，在实现快速溅射沉积和降低基片温度方面已获得了很大的进步。面已获得了很大的进步。薄膜材料与技术薄膜材料与技术85.2溅射的基本原理溅射镀膜溅射

8、镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效基于荷能离子轰击靶