第四章-薄膜的物理气相沉积(Ⅱ)--溅射法ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n4.1 辉光放电与等离子体辉光放电与等离子体n4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象n4.3 溅射沉积技术溅射沉积技术 第四章第四章 薄膜制备技术薄膜制备技术-溅射法溅射法我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第四章第四章 薄膜制备技术薄膜制备技术-溅射法溅射法n溅射法溅射法n利用带电离子在电磁场的作用下获得足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(
2、靶)物质,从靶够的能量,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。射向衬底,在衬底上形成薄膜。n溅射法的分类溅射法的分类n直流溅射直流溅射 射频溅射射频溅射n磁控溅射磁控溅射 反应溅射反应溅射n偏压溅射偏压溅射 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第四章第四章 薄膜制备技术薄膜制备技术-溅射法溅射法n溅射镀膜的特点溅射镀膜的特点(1)对于任何待镀材料,只要能作成靶材,就可实)对于任何待镀材料,只要能作成靶材,就可实 现
3、溅射现溅射(2)溅射所获得的薄膜与基片结合较好)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)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)溅射工艺可重复性好,可以在大面积衬底上获 得厚度均匀的薄膜得厚度均匀的薄膜我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n靶材是需要被溅射的物质,作为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,阴极,相对阳极加数千伏电压, 在真空室内充入在真空室内充入Ar气,在电极间气,在电极间形成辉光放电。形成
4、辉光放电。n辉光放电过程中,将产生辉光放电过程中,将产生Ar离子,离子,阴极材料原子,二次电子,光子阴极材料原子,二次电子,光子等。等。4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体一、辉光放电的物理基础一、辉光放电的物理基础我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n等离子体等离子体 等离子体是一种中性、高能量、离子化的气体,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、带电离子和自由包含中性原子或分子、原子团、带电离子和自由电子。电子。n作用:作用: 1、提供发生在衬底表面的
5、气体反应所需要的大、提供发生在衬底表面的气体反应所需要的大 部分能量部分能量 2、通过等离子刻蚀选择性地去处金属、通过等离子刻蚀选择性地去处金属 4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 产生辉光放电产生辉光放电 通过混合气体中加直流电压、或射频电压,混通过混合气体中加直流电压、或射频电压,混合气体中的电子被电场加速,穿过混合气体,与合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、气体原子或分子碰撞并激发他们,受激的原子
6、、或离子返回其最低能级时,以发射光(或声子)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。的形式将能量释放出来。 不同气体对应不同的发光颜色。不同气体对应不同的发光颜色。 4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物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辉光放电和等离子体我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物CH
7、F2 radicalHigh-energy electronFluorine (neutral)CHF3 moleculeFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineFluorineFluorineHydrogenCarbonFluorineElectronCollision results in dissociation of molecule.High-energy electron collides with molecule.4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也
8、感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n直流电源直流电源E, 提供电压提供电压V和电流和电流I则则 V = E - IR。1、辉光放电过程包括、辉光放电过程包括n初始阶段初始阶段AB:I=0 无光放电区无光放电区n汤生放电区汤生放电区BC:I迅速增大迅速增大n过渡区过渡区CD:离子开始轰击阴极,产生二次: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电子,又与气体分子碰撞产生更多离子n辉光放电区辉光放电区DE:I增大,增大,V恒定恒定n异常辉光放电区异常辉光放电区EF:溅射所选择的工作区:溅射所选择的工作区n弧光放电:弧光放电:I增大,增大,V减小减小n弧光放电区弧光
9、放电区FG:增加电源功率,电流迅速:增加电源功率,电流迅速增加增加4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体ABCDEFG我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 2、辉光放电区域的划分辉光放电区域的划分n阴极辉光;阴极辉光; 阴极暗区;阴极暗区; 负辉光区;法拉第暗区;负辉光区;法拉第暗区;n阳极柱;阳极暗区;阳极辉光阳极柱;阳极暗区;阳极辉光n暗区是离子和电子从电场中获取能量的加速区,辉光暗区是离子和电子从电场中获取能量的加速区,辉光区相当于不同粒子发生碰撞、复合、电离的区域。区相当于不同粒子
10、发生碰撞、复合、电离的区域。4.1 辉光放电和等离子体辉光放电和等离子体我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象离子轰击固体表面可能发生一系列的物理过程,每种过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。程的相对重要性取决于入射离子的能量。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、溅射的产额:一、溅射的产额: 被溅射出来的原子个
11、数与被溅射出来的原子个数与入射离子数之比。它与入入射离子数之比。它与入射能量,入射离子种类,射能量,入射离子种类,溅射物质种类及入射离子溅射物质种类及入射离子的入射角度有关。的入射角度有关。4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象图3.7我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n入射离子能量的影响入射离子能量的影响n只有入射离子能量超过一定阈值以后,才能从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
12、质的升华热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有一定比例关系n随入射离子能量的增加,溅射产额先增加,然随入射离子能量的增加,溅射产额先增加,然后处于平缓(后处于平缓(10Kev),离子能量继续增加,溅,离子能量继续增加,溅射产额反而下降射产额反而下降 4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n2 入射离子的种类和被溅射物质的种类入射离子的种类和被溅射物质的种类 通常采用惰性气体离子来溅射,由图通常采用惰性气体离子来溅射,由图3.7知,重离子的溅射
13、产额比轻离子高,但考虑价知,重离子的溅射产额比轻离子高,但考虑价格因素,通常使用氩气作为溅射气体。格因素,通常使用氩气作为溅射气体。 用相同能量的离子溅射不同的物质,溅射用相同能量的离子溅射不同的物质,溅射产额也是不同的,产额也是不同的,Cu, Ag, Au产额高,而产额高,而Ti, W, Mo等产额低。等产额低。4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.2 物质的溅射现象物质的溅射现象3、离子入射角度对溅射产额的影响、离子入射角度对溅射产额的影响倾斜入射有利于
14、提高倾斜入射有利于提高产额,但当入射角接产额,但当入射角接近近80 时,产额迅速下时,产额迅速下降降我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物n合金的溅射和沉积: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溅射法的优点所制备的薄膜的化学成分与靶材基本一致。本一致。n自动补偿效应:溅射产额高的物质已经贫化,溅自动补偿效应: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,溅射速率下降,而溅射产额低的物质得到富集,溅射速率上升。射速率上升。4.2 物质的溅射现象物质的溅
15、射现象我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.3 溅射沉积装置溅射沉积装置一、直流溅射装置及特性(只适用于靶材为良导体的溅射)一、直流溅射装置及特性(只适用于靶材为良导体的溅射)气体离子气体离子靶材离子靶材离子二次电子二次电子我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、直流溅射装置及特性一、直流溅射装置及特性n溅射气压溅射气压1.3-13Pa,太低和太高都不利于薄膜的形成。,太低和太高都不利于薄膜的形
16、成。n阴阴-阳极距离适中,大约为阴极暗区的阳极距离适中,大约为阴极暗区的2倍倍n溅射电压溅射电压1-5KV。n靶材必须为金属。靶材必须为金属。n为保证薄膜的均匀性,阴极平面面积大约为衬底的为保证薄膜的均匀性,阴极平面面积大约为衬底的2倍。倍。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、直流溅射装置及特性一、直流溅射装置及特性n工作原理:工作原理:n当加上直流电压后,辉光放电开始,正离子打击靶面,靶当加上直流电压后,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材表
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