薄膜制备技术-溅射法.ppt

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1、3.1溅射基本原理3.2溅射主要参数3.3溅射沉积装置及工艺3.4离子成膜技术3.5溅射技术的应用第三章薄膜制备技术――溅射法溅射：荷能粒子轰击固体表面，固体表面原子或分子获得入射粒子所携带的部分能量，从而使其射出的现象。1852年Grove研究辉光放电时首次发现了溅射现象。离子溅射：由于离子易于在电磁场中加速或偏转，荷能粒子一般为离子，这种溅射称为离子溅射。第三章薄膜制备技术――溅射法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。3.1溅射基本原理溅射镀膜过程：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

2、的原子以一定的动能射向衬底，在衬底上形成薄膜。阴极溅射：在实际进行溅射时，多半是让被加速的正离子轰击作为阴极的靶，并从阴极靶溅射出原子，所以也称此过程为阴极溅射。第三章薄膜制备技术――溅射法溅射镀膜的优点：（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缺点：相对于真空蒸发，沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。第三章薄膜制备技术――溅射法在溅射过程中，大约95%的粒子能量作为热量而损耗掉，仅有5%的能量传递给二次发射的粒子。在1

3、kv的离子能量下，溅射出的中性粒子、二次电子和二次离子之比约为100:10:1。3.1溅射基本原理一、离子轰击产生的各种现象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。3.1溅射基本原理二、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3.1溅射基本原理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

4、气体中的电子被电场加速，穿过混合气体，与气体原子或分子碰撞并激发他们，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。3.1溅射基本原理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)CHF3moleculeFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineElectronCollisionresultsindiss

5、ociationofmolecule.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ABCDEFG3.1溅射基本原理3.1溅射基本原理溅射理论模型：动量理论，也称为级联碰撞理论。入射离子在进入靶材的过程中

6、与靶材原子发生弹性碰撞，入射离子的一部分动能会传递给靶材原子，当后者的动能超过由其周围存在的其他靶材原子所形成的势垒时，这种原子会从晶格阵点被碰出产生离位原子，并进一步和附近的靶材原子依次反复碰撞，产生所谓的级联碰撞。当这种级联碰撞到达靶材表面时，如果靠近靶材表面的原子的动能超过表面结合能，这些表面原子就会逸出靶材，成为溅射粒子。一、溅射阈和溅射产额溅射阈指的是入射离子使阴极靶产生溅射所需的最小能量。溅射阈与离子质量之间没有明显的依赖关系，主要取决于靶材料。对大多数金属来说，溅射阈值在10-40eV范围内，相当于升华热的4-5倍。3.2溅射主要参数一、溅射阈和溅射产额溅射产额又称为溅

7、射率或溅射系数，表示正离子撞击阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。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。3.2溅射主要参数1.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。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。3.2溅射主要参数2入射离子的种类和被溅射