薄膜的物理气相沉积II

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1、第三章薄膜的物理气相沉积（Ⅱ）——溅射法及其他PVD方法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的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，从而实现薄膜的沉积。12随着退火温度升高3第一节气体放电现象与等离子体第二节物质的溅射现象第三节溅射沉积装置第四节其他PVD方法4第一节气体放电现象与等离子体一、气体放电现象二、气体放电过程三、辉光放电现象及等离子体鞘层四、

2、非自持放电与自持放电5溅射气体至真空泵阳极衬底溅射靶绝缘辉光放电区－V（DC）6一、气体放电现象(gasdischarge)原子激发能（excitationenergy）:原子中电子从基态能级激发到激发态能级所需能量。原子电离能（ionizationenergy）：原子在外界因素作用下失去一个或几个电子而形成自由电子和正离子所需要的能量。碰撞电离、光电离（中性复合、激发态恢复导致分级电离）、热电离。金属（阴极）表面电离能（逸出功workfunction，workofemission）:金属表面释放电子所需

3、能量。正离子碰撞阴极（一个以上电子）、光电效应、强场（103kV/cm）发射（fieldemission）、热电子发射。7气体放电中的碰撞过程等离子体中高速运动的电子与其他粒子的碰撞是维持气体放电的主要微观机制。1、弹性碰撞2、非弹性碰撞81、弹性碰撞参加碰撞的粒子的总动能E和总动量P保持不变，并且不存在粒子内能的变化，即没有粒子的激发、电离或复合过程发生。在两个粒子的弹性碰撞过程中，运动着的粒子1将部分动能转移给静止着的粒子2，碰撞后的能量满足如下的关系:其中M为相应粒子的质量，E为粒子在碰撞后的动能，

4、θ为碰撞前粒子1与运动方向与碰撞瞬间两粒子中心连线的夹角。9辉光放电等离子体中大多数碰撞：高速电子与低速原子和离子的弹性碰撞由于M1<

5、自持放电过程的主要机制。2、非弹性碰撞碰撞过程中有部分电子动能将转化为粒子的内能增加ΔU，其最大值为:11（3）分解反应：在这一碰撞过程中，分子被分解成为两个反应基团，其化学活性将远高于原来的分子。（2）激发过程：其中的星号表示相应的粒子已处于能量较高的激发态。（1）电离过程：这一过程使得电子数目增加，从而使得放电过程得以继续，上式的反过程被称为复合。12二、气体放电基本过程假设有一个直流放电系统，设电极之间电动势为E，直流电源提供电压V和电流I，并以电阻R作为限流电阻，则V=E-IR131、开始时：电极

6、之间几乎没有电流通过，只有极少量的电离粒子在电场作用下定向运动，在宏观上表现出很微弱的电流。2、随着电压的逐渐升高：电离粒子达到饱和，电流达到一个饱和值，它取决于气体中原来已经电离原子数。放电过程的五个阶段：143、当电压继续升高时：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。1)电子碰撞开始导致气体分子电离，2)离子对于阴极的碰撞产生二次电子结果：碰撞过程导致离子和电子数目呈雪崩式的增加。这时，放电电流I迅速增加，电压U变化不大。这种放电过程被称为汤生放电（Townsenddischarge

7、）。15关于电晕：在110kV以上的变电所和线路上，时常能听到“咝咝”的放电声和淡蓝色的光环，这就是电晕。电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。在汤生放电的后期，放电开始进入电晕(corona)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斑，因此，这一阶段被称为电晕放电。164、辉光放电（glowdischarge）（1）正常辉光放电汤生放电之后，气体突然发生放电击穿（break

8、down）现象。电路的电流大幅度增加，同时放电电压显著下降。这是由于这时的气体已被击穿，因而气体电阻将随着电离度的增加而显著下降，放电区由原来只集中于阴极的边缘和不规则处变成向整个电极上扩展。在这一阶段，导电粒子的数目大大增加，在碰撞过程中的能量也足够高，因此会产生明显的辉光。17（2）异常辉光放电电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上，辉光亮度提高，电流增加的同时电压也开始上升。这是由于放电已扩展至整个电极区域以后