《溅射工艺》PPT课件

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1、薄膜技术微电教研室王雅欣微电0801-0803专业选修课ThinFilmTechnologies主要讲授内容第2章真空技术基础第3章薄膜生长与薄膜结构第4章薄膜制备的基本工艺溅射镀膜第1章薄膜技术简介离子束沉积化学气相沉积第6章薄膜材料的应用第5章薄膜材料的评价表证及物性测量表征、性质和应用薄膜制备方法的原理介绍，典型薄膜材料的制备工艺介绍真空蒸镀薄膜的形核、生长理论，薄膜的形成与典型成长机制What’sthethinfilms?真空的表征及获得4-2溅射工艺二、溅射的基本原理辉光放电、溅射特性、溅射镀膜过

2、程、溅射机理三、溅射镀膜的类型二极溅射、偏压溅射、三极或四极溅射、射频溅射、磁控溅射、对向靶溅射、反应溅射、离子束溅射一、溅射镀膜的特点溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场作用下高速轰击阴极靶，使靶材中的原子（或分子）逸出而淀积到被镀衬底（或工件）的表面，形成所需要的薄膜。概念：溅射镀膜广泛用于制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质，以及化合物半导体、碳化物、氮化物等薄膜。应用：一、溅射镀膜的特点☞溅射镀膜的特点：溅射镀膜与真空镀膜相比，有如下特点：?任何物质都可以溅射，尤其是高熔点金属、低蒸气压元素

3、和化合物；?溅射薄膜与衬底的附着性好；?溅射镀膜的密度高、针孔少，膜层纯度高；?膜层厚度可控性和重复性好。溅射镀膜的缺点：?溅射设备复杂，需要高压装置；?成膜速率较低（0.01-0.5µm）。一、溅射镀膜的特点☞辉光放电直流辉光放电?辉光放电是在真空度约10-1Pa的稀薄气体中，两个电极之间在一定电压下产生的一种气体放电现象。气体放电时，两电极之间的电压和电流的关系复杂，不能用欧姆定律描述。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电直流辉光放电二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电无光放电由于宇宙射线产生的游离离子和电子在

4、直流电压作用下运动形成电流，10-16-10-14A。自然游离的离子和电子是有限的，所以随电压增加，电流变化很小。汤森放电区随电压升高，电子运动速度逐渐加快，由于碰撞使气体分子开始产生电离。于是在伏-安特性曲线出现汤森放电区。上述两种情况都以自然电离源为前提，且导电而不发光。因此，称为非自持放电。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电辉光放电当放电容器两端电压进一步增大时，进入辉光放电区。•气体击穿•自持放电（电流密度范围2-3个数量级）•电流与电压无关（与辉光覆盖面积有关）•电流密度恒定•电流密度与阴极材料、气

5、体压强和种类有关•电流密度不高（溅射选择非正常放电区）此称为正常辉光放电二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电非正常辉光放电区当轰击覆盖住整个阴极表面之后，进一步增加功率，放电电压和电流同时增加，进入非正常辉光放电。特点：电流增大时，放电电极间电压升高，且阴极电压降与电流密度和气体压强有关。阴极表面情况：此时辉光布满整个阴极，离子层已无法向四周扩散，正离子层向阴极靠拢，距离缩短。此时若想提高电流密度，必须增加阴极压降，结果更多的正离子轰击阴极，更多的二次电子从阴极产生。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电弧光放电区异

6、常辉光放电时，常有可能转变为弧光放电的危险。•极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间短路；•放电集中在阴极局部，常使阴极烧毁；•损害电源。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电正常辉光与异常辉光放电在正常辉光放电区，阴极有效放电面积随电流增加而增大，从而使有效区内电流密度保持恒定。当整个阴极均成为有效放电区域后，只有增加阴极电流密度，才能增大电流，形成均匀而稳定的“异常辉光放电”，并均匀覆盖基片，这个放电区就是溅射区域。在溅射区：溅射电压V，电流密度j和气体压强p遵守以下关系：式中，E和F是取决于电极材料、尺寸和

7、气体种类的常数。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电正常辉光与异常辉光放电进入异常辉光放电区后，继续增加电压，有：更多的正离子轰击阴极产生大量的电子发射阴极暗区收缩式中，d为暗区宽度，A、B为常数二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电阿斯顿暗区冷阴极发射的电子约1eV左右，很少发生电离，所以在阴极附近形成阿斯顿暗区。阴极辉光区加速电子与气体分子碰撞后，激发态分子衰变以及进入该区的离子复合形成中性原子，形成阴极辉光。穿过阴极辉光区的电子，不易与正离子复合，形成又一个暗区。克鲁克斯暗区二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电负辉

8、光区电子在高浓度正离子积聚区经过碰撞速度降低，复合几率增加，形成明亮的负辉光区。正离子移动速度慢，产生积聚，电位升高；与阴极之间的电位差成为阴极压降。随着电子速度增大，很快获得了足以引起电离的能量，于是离开阴极暗区后使大量气体电离，产生大量的正离子。二、溅射镀膜的基本原理☞辉光放电法拉第暗区此区域电压降很小，类似一个良导体。法拉第暗区过后，少数电子逐渐加速，并使气体电离；由于电子较少，产生的正离子不会形成密集的空