第三章溅射镀膜ppt课件.ppt

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1、第三章溅射镀膜§3-1溅射镀膜的特点§3-2溅射的基本原理§3-3溅射镀膜类型§3-4溅射镀膜的厚度均匀性12“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，因离子在电场下易于加速并获得所需动能，故大多采用离子作为轰击粒子。该离子又称入射离子，这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜或淀积。与此相反，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。溅射镀膜装置：阴极（靶材）、阳极（基片）、挡板、溅射气体入口33§3-1溅射镀膜的特点与

2、真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点：（1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。（2）溅射膜与基板之间的附着性好。（3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高。（4）膜层可控性和重复性好。缺点：（1）溅射设备复杂、需要高压装置；（2）溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.1～5μm/min，而溅射速率为0.01～0.5μm/min；（3）基板温升较高和易受杂质气体影响。44§3-2溅射的基本原理溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术采

3、用的辉光放电方式有所不同。直流二极溅射利用的是直流辉光放电；三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。一准备知识：电子与气体分子的碰撞、激发与电离二辉光放电1．直流辉光放电辉光放电是溅射的基础。辉光放电是在真空度约为10～1Pa的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种放电现象。55图3-1表示直流辉光放电的形成过程，亦即两电极之间的电压随电流的变化曲线。66（1）无光放电(AB区域)当两电极加上直流电压时，由于宇宙线产生的游离离子和电子是很有限的（这些少量的正离子和电子在电场下运动，

4、形成电流），所以开始时电流非常小，仅有10-16～10-14安培左右。此区是导电而不发光，无光放电区。（2）汤森放电区（BC区）随着电压升高，带电离子和电子获得了足够能量，运动速度逐渐加快，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流平稳增加，但电压却受到电源的高输出阻抗限制而呈一常数。上述两种放电，都以有自然电离源为前提，如果没有游离的电子和正离子存在，则放电不会发生。这种放电方式又称为非自持放电。77（3）过渡区（CD区域）离子轰击阴极，释放出二次电子，二次电子与中性气体分子碰撞，产生更多的离子，这些离子再轰击阴极，又产生新的更多的二次电子。一旦产生了足够

5、多的离子和电子后，放电达到自持，发生“雪崩点火”，气体开始起辉，两极间电流剧增，电压迅速下降，放电呈现负阻特性。（4）正常辉光放电区（DE区域）当电流增至C点时，极板两端电压突然降低，电流突然增大，并同时出现带有颜色的辉光，此过程称为气体的击穿，图中电压VB称为击穿电压。在D点以后，电流与电压无关，即增大电源功率时，电压维持不变，而电流平稳增加。击穿后气体的发光放电称为辉光放电。88特点：（1）电子和正离子是来源于电子的碰撞和正离子的轰击，即使自然游离源不存在，导电也将继续下去。（2）维持辉光放电的电压较低，且不变。（3）电流的增大与电压无关，只与阴

6、极板上产生辉光的表面积有关。（4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类有关。气体的压强与阴极的形状对电流密度的大小也有影响。电流密度随气体压强增加而增大。凹面形阴极的正常辉光放电电流密度，要比平板形阴极大数十倍左右。由于正常辉光放电时的电流密度仍比较小，所以有时溅射选择在非正常辉光放电区工作。99（5）非正常辉光放电区（EF区域）E点以后，当离子轰击覆盖整个阴极表面后，继续增加电源功率，会使两极间的电流随着电压的增大而增大，进入非正常辉光放电状态。特点：电流增大时，两放电极板间电压升高，且阴极电压的大小与电流密度和气体压强有关。此时辉光已布满

7、整个阴极，再增加电流时，离子层已无法向四周扩散，正离子层便向阴极靠拢，使正离子层与阴极间距离缩短。要想提高电流密度，必须增大阴极压降使正离子有更大的能量去轰击阴极，使阴极产生更多的二次电子。1010巴邢定律--在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与气体压强P和电极距离d的乘积有关（见图3-2所示）。在大多数辉光放电溅射过程中要求气体压强低，压强与间距乘积一般都在最小值的左边，故需要相当高的起辉电压。在极间距小的电极结构中，经常需要瞬时地增加气体压强以启动放电。1111（6）弧光放电区（FG区域）两极间电压降至很小的数值，电流大小几乎是由外电阻

8、大小决定，而且电流越大，极间电压越小。危害：（1）极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间短路；（2）放电集中