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《01190660 薄膜材料与技术 09级 第3章 薄膜沉积的物理方法》.ppt
Month 00, 0000 Title of Presentation (Edit using View Menu Header and Footer) 一、概念:通过将成膜材料高度电离化形成膜材料离子,从而其增加沉积动能,并使之在 高化学活性状态下沉积薄膜的技术。 二、出发点: 以其它手段激发沉积物质粒子,然后使之与高度电离的等离子体交互作用 (类似 PECVD), 促使沉积粒子离化,使之既可被电场加速而获得更高动能,同时在低温状态下具有高化学活性。 三、基本特点: 大多数是蒸发/溅射 (气相物质激发) 与 等离子体离化过程 (赋能、激活) 的交叉结合! 四、主要优势: ? 低温沉积、甚至可以低温外延生长; ? 薄膜性能≥ 溅射 (结合力?、致密度?)、沉积速率≥蒸发 ( 溅射); ? 可沉积化合物薄膜; ? 薄膜表面形貌、粗糙程度高度可控。 3 薄膜沉积的物理方法 3.3 离化 PVD 技术 3.3.1 概述 3 薄膜沉积的物理方法 五、沉积离子的轰击作用: 1、对基片的作用: ? 物理/化学清洁作用; ? 形成注入型缺陷;? 改变表面形貌及粗糙度; ? 改变局部化学成分;? 破坏晶体结构; ? 造成局部温升。 2、对膜基界面的作用: ? 形成伪扩散层 (沉积物/基体物质的物理混合梯度层);? 输入动能,增强扩散/形核,易于成膜;? 界面致密化;? 改善沉积粒子的绕射性,提高薄膜的均匀程度及其对基片表面复杂形状的覆盖能力。 六、主要沉积技术分类: 3.3 离化 PVD 技术 3.3.1 概述 一、概念:真空下,通过气体放电使气体或靶材料部分离化, 在离化离子轰击基片的同时,形成其离化物质或 其化学反应产物在基片上的沉积。 二、技术关键: 1、膜材料的气化激发:既可蒸发、也可溅射; 2、气相粒子的离化:输运过程中必须路经等离子体,并被离化! 三、实现原理: 1、基片置于阴极,等离子体中的正离子轰击基片并成膜。2、成膜时沉积物中约20~40 %来自离化的膜材料离子,其余为原子。3、离化后的膜材料离子具有高化学活性和高动能,并轰击基片对薄 膜的生长形成有利影响。4、形成的薄膜由于离子的轰击作用,具有结合力高、低温沉积、 表面形貌及粗糙度可控、可形成化合物等一系列优点。 四、沉积装置: 1、直流辉光放电型离子镀: ? 二极型:如右图所示 ≈ 蒸发 + 二极溅射 ? 电子束蒸发出成膜物质气相粒子,路经二极辉光放电系统形成 的等离子体,并部分离化,在基片负偏压作用下被加速轰击基片,形成薄膜的沉积。 3 薄膜沉积的物理方法 3.3 离化 PVD 技术 3.3.2 离子镀 (Ion Plating) 离子镀沉积装置示意图 四、沉积装置: 1、直流辉光放电型离子镀: ? 三极型:如右图1所示 ≈ 电阻蒸发 + 三极溅射 引入热阴极(第三极)的作用: ? 发射更多电子,?气体离化率、?等离子体荷电密度! 2、电弧离子镀: ? 阴极电弧离子镀 (Cathodic Arc Ion Plating):如右图2所示。 ■ 阴极斑点内电流密度、温度极高,可大量蒸发出阴极物质;■ 蒸发物质离化,既可维持放电,又可提供镀膜离子;■ 因此:阴极电弧既是蒸发源,又是离化源!■ 外加磁场作用:约束电子,延长其运动路径,促进气体离化; 推动阴极斑点不断运动,实现均匀蒸发。 ■ 主要特点: ① 工作真空度高,气体杂质污染少; ② 沉积速率很高 (10~1000 ?m/h),适于制备厚膜;③ 蒸发粒子离化率极高 (≥80 %),离子能量高;④ 沉积装置简单、基片温升小; ⑤ 薄膜中含有电弧放电造成的喷溅微粒。 3 薄膜沉积的物理方法 3.3 离化 PVD 技术 3.3.2 离子镀 (Ion Plating) 三极离子镀装置 1 阴极电弧离子镀装置 2 四、沉积装置: 2、电弧离子镀: ? 多弧离子镀 (Multi-Arc Ion Plating):如右图所示。 ■ 以多个真空阴极电弧蒸发源组合成的离子镀设备。 主要应用:结合反应气氛,快速制备高结合力的
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