放电等离子体技术在薄膜制备中的应用（一）ppt课件.ppt

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1、10放电等离子体技术在薄膜制备中的应用（一）10.1薄膜材料10.1.1薄膜材料的概念采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料）的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。10.1.2薄膜材料的分类（1）物态气态物态液态固态（2）结晶态非晶态：原子排列短程有序，长程无序单晶晶态多晶（3）化学角度有机薄膜无机薄膜（4）组成金属薄膜非金属薄膜（5）物性硬质薄膜声学薄膜热学薄膜金属导电薄膜半导体薄膜超导薄膜介电薄膜薄膜的一个重要参数：厚度厚度，决定薄膜性能，质量，

2、通常在1um以下10.1.3薄膜的应用薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新理论、高技术高度结晶的产物。主要的薄膜产品：光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品薄膜是现代信息技术的核心要素之一薄膜材料与器件结合，称为电子、信息、传感器、光学、太阳能技术的核心基础。10.1.4薄膜的制备方法物理成膜PVD利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应，成膜过程基本是一个物理过程而完成薄膜生长过程的技术。成膜方法：真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子成膜化学成膜CVD10.2等离子体溅射现象与性质10.2.1溅射现象被加

3、速的粒子轰击固体表面，由于动量的交换使固体表面的原子飞向空间的现象总称为溅射。由于固体表面是加速粒子轰击的目标，又把该固体称之为靶。注意：溅射是在靶面上发生的现象，他和原子飞出靶面以后的行为没有什么直接的关系。在溅射过程中损伤了靶，因此，从溅射现象刚一发现，人们就感到这种现象将可作为一种制备薄膜材料的极其有用的手段，引起科技界广泛的关注。用溅射法制备的薄膜被广泛的应用于节能玻璃、IC电路器件、信息存储器件、通信器件、表面装饰等方面。现在将溅射法同真空蒸发法和离子表面改性法同等通称为物理沉积法（PVD）溅射有两种物理过程：一个是原子从靶面飞出来，一个是这些原子附着到基底上面去。1

4、0.2.2溅射率从某种物质的靶表面上溅射下来的粒子数为ns，与从外面飞向靶表面与其碰撞的粒子数ni之比，定义为溅射率，用S表示。S相当于每一个入射的粒子引起靶表面上释放的原子（或分子）的数。溅射率同射向靶面的粒子种类或状态，靶的种类或状态有关，它不是物质的本征量。10.2.3溅射率的测量法（1）绝对测量法A离子束微量天平法该测量法是在确定的时间内，控制正离子束射向靶面，测量离子束的入射量和靶材上质量的减少数量，从中求出S值的一种方法。测量原理：采用法拉第圆筒测量样品（靶）上离子束电流，通过测量在样品（靶）上的离子电流值和照射的时间来获得离子数ni；测量样品（靶）质量的减少量获得

5、被溅射出来的原子数ns。用微量天平可以测量出mg量级的质量变化。（b）离子能量分离式偏转磁场靶离子束离子透镜离子源加速电板（a）直接式溅射率绝对测量法B离子束石英晶体谐振子法为了简便的进行在线测试溅射率，需要采用石英晶体谐振子器件。测量原理：将石英谐振子装在振荡电路上，用它来测量沉积薄膜物质的增加值，以实现溅射率的精确测量的目的。也就是用均匀离子束进行溅射的同时，测量石英谐振子的频率变化。以v频率谐振的石英谐振子，当振荡频率变化为dv时，它和石英片厚度的变化dl有如下关系：式中，N=1670KHz∙mm是石英谐振子的固有谐振频率系数。当石英片上的面积A上的薄膜质量仅仅改变dm的

6、微小值时，可以把它换算成石英片的厚度的变化量。dm=ρAdl其中，ρ是石英晶片的密度。故dv的精确度很高。dv=1Hz时，相当于质量变化dm~10-6g。该方法适用于用来确定Ar离子溅射Au材料时的溅射开始的电压阈值以及在低能情况下溅射率同溅射电压之间的依赖关系曲线。（2）相对测量法A离子束-俄歇光电子能谱（AES）法在靶面附近放置成膜基片，在基片上被溅射沉积上的原子只有0.1~0.2个单原子层时，可以用AES法测量沉积原子层的俄歇信号的强度来确定物质的数量。此时，俄歇信号强度同沉积量成正比关系。以此做标准的一种溅射现象，可以给出用Ne+离子束溅射Mo时溅射率。B射频放电等离子

7、体条件下测量质量法A、B两种物质的溅射率分别为SA、SB，该溅射率同加速电压的关系是已知的。离子束照射靶的时间为t，离子的带电量为q，单位面积靶上被溅射的原子数为R，故有（3）直流放电等离子体发射光谱法通常从靶上溅射出来的原子主要是中性原子。当这些原子进入等离子体内会被激发，处于激发态的原子将会产生固有的发射光谱，该光谱与放电气体的光谱混在一起。原子的发射光谱的强度与激发的原子数量成正比，因此可以采用分光光谱仪测量原子发射光谱强度来确定从靶面溅射出来的原子数。由于溅射率S同这些原子数成正比，