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1、第三章 薄膜的屋里气相沉积（）,溅射法及其他PVD方法,引言,溅射法定义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的原子以一定的动能射向衬底，在衬底上形成薄膜。溅射法的分类直流溅射 射频溅射磁控溅射 反应溅射偏压溅射,溅射镀膜的特点（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,一、辉光放电的物理基础,靶材是需要被溅射的物质，作为 阴极，相对作为阳极并接地的真空室处于一定的负电位辉光放电过程中，将产生Ar离子，
2、阴极材料原子，二次电子，光子等,直流溅射趁机装置的制图,4.2 物质的溅射现象,合金的溅射和沉积：溅射法的优点所制备的薄膜的化学成分与靶材基本一致。自动补偿效应：溅射产额高的物质已经贫化，溅射速率下降，而溅射产额低的物质得到富集，溅射速率上升。,一、直流溅射装置及特性,溅射气压1.3-13Pa，太低和太高都不利于薄膜的形成。阴-阳极距离适中，大约为阴极暗区的2倍溅射电压1-5KV。靶材必须为金属。为保证薄膜的均匀性，阴极平面面积大约为衬底的2倍。,一、直流溅射装置及特性,工作原理：当加上直流电压后，辉光放电开始，正离子打击靶面，靶材表面的中性原子溅射出，这些原子沉积在衬底上形成薄膜。在离子轰击
3、靶材的同时，也有大量二次电子从阴极靶发射出来，被电场加速向衬底运动，在运动过程中，与气体原子碰撞又产生更多的离子，更多的离子轰击靶材又释放出更多的电子，从而使辉光放电达到自持。,一、直流溅射装置及特性,气体压强太低或阴-阳极距离太短，二次电子达到阳极之前不能有足够多的离化碰撞发生。反之所产生的离子会因非弹性碰撞而减速，打击靶材时不会产生足够的二次电子。另外溅射出来的靶材原子在飞向衬底的过程中将会受到过多散射，在衬底上的沉积速率反而下降。直流溅射若要保持一定的溅射速率，就必须一定的工作电流，要求靶材为金属靶。若是导电性差的靶材，在离子轰击过程中，正电荷便会积累在靶材表面。,二、射频溅射装置及特性
4、,射频电源的频率13.56MHz射频溅射电压1-2KV射频溅射系统需要在电源与放电室间配备阻抗匹配网。在射频溅射系统中，衬底接地，以避免不希望的射频电压在衬底表面出现。靶材可以是绝缘体、金属、半导体等。,二、射频溅射装置及特性,工作原理在射频溅射系统中，射频电势加在位于绝缘靶下面的金属电极上，在射频电场作用下，在两电极间振荡运动的电子具有足够高的能量产生离化碰撞，从而使放电达到自持，阴极溅射的二次电子不再重要。由于电子比离子具有较高的迁移率，相对于负半周期，正半周期内将有更多的电子到达绝缘靶表面，而靶变成负的自偏压。它将在表面附近排斥电子，吸引正离子，使离子轰击靶，产生溅射。,二、射频溅射装置
5、及特性,电源与电极间有电容存在，隔绝电荷流通的路径，自发产生负的自偏压的过程与靶材是绝缘体和金属无关。射频电压周期性地改变每个电极的电位，因而每个电极都可能因自偏压效应而受到离子轰击。实际解决的办法将样品台和真空室接地，形成一个面积很大的电极，降低该极的自偏压鞘层电压。,三、磁控溅射装置及特性,磁场的作用使电子不再做平行直线运动，而是围绕磁力线做螺旋运动，这就意味着电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地增加，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。磁控溅射比直流和射频溅射的沉积速率高很多。原因：1、磁场中电子的电离效率提高 2、在较低气压下（0.1Pa)溅射原子被散射的几率减小 提高了
6、入射到衬底上的原子的能量，从而提高薄膜 的质量。,三、磁控溅射装置及特性,三、磁控溅射装置及特性,三、磁控溅射装置及特性,4.3 溅射沉积装置,四、反应溅射装置及特性 在存在反应气体的情况下，溅射靶材时，靶材料与反应气体反应形成化合物，这种在沉积的同时形成化合物的溅射称为反应溅射。利用化合物直接作为靶材溅射生长薄膜时，可能薄膜与靶材的成分偏离，如制备氧化物薄膜时，会造成氧含量偏低，这时可在溅射气体中通入适量的氧气。,四、反应溅射装置及特性,四、反应溅射装置及特性,四、反应溅射装置及特性,采用纯金属作为靶材，通入不同的反应气体，沉积不同的薄膜。如：氧化物：ZnO，Al2O3，SiO2，In2O3
7、，SnO2等(反应气体O2）碳化物：SiC，WC，TiC等(反应气体CH4）氮化物：BN，FeN TiN，AlN，Si3N4等(反应气体N2）硫化物：CdS，ZnS，CuS等(反应气体H2S）化合物：Ti-Si-N,Fe-B-Si,YBa2Cu3O7,4.3 溅射沉积装置,五、偏压溅射装置及特性 偏压溅射是在一般溅射的基础上，在衬底与靶材间加一定的偏压，以改变入射离子能量和离子数，达到改善薄膜的结构和性能。如图所示，改变偏压可改变Ta薄膜的电阻率。,溅射制备的Ta薄膜的电阻率随偏压的变化,六、离子束溅射,在离子束溅射沉积中，由离子源产生的离子束通过引出电极引入真空室，打到靶材上溅射，实现薄膜沉积。,六、离子束溅射,六、离子束溅射,模板提供者,谢谢观赏,WPS Office,Make Presentation much more fun,WPS官方微博kingsoftwps,
