第三章薄膜的物理气相沉积(Ⅱ)ppt.ppt

* 液相外延生长薄膜原理： 液相外延生长原理上讲是从液相中生长膜，溶有待镀材料的溶剂是液相外延生长中必需的。当冷却时，待镀材料从溶液中析出并在相关的基片上生长。对于液相外延生长制备薄膜，溶液和基片在系统中保持分离。在适当的生长温度下，溶液因含有待镀材料而达到饱和状态。然后将溶液与基片的表面接触，并以适当的速度冷却，一段时间后即可获得所需的薄膜。 * Nelson开发液相外延生长GaAs后，液相外延生长成为一种制备薄膜的常用技术。 三个基本生长技术： 1. 由Nelson研制的倾动式炉 * 2. 浸透技术（如图3－71所示） 垂直生长系统中，基片被浸入到某一温度下的溶液中，在适当的温度下，从溶液中提拉基片，即基片的垂直运动控制基片与溶液的接触。 * 3. 滑动系统（如图3－72所示） 在简单的滑动系统中，熔体被包围在由石墨盘构成并且可以滑动的热源里。基片放置在热源外部靠后的区域。一旦确立了生长条件，滑板即可移动将基片放置在熔体下面，实现沉积。 * 液相外延生长已发展成为制备各种材料膜（常用制备Ⅲ－Ⅴ族和合金膜）的一种非常有用的技术。尽管也可以利用其他生长技术，但要获得高质量材料，液相外延生长是主导技术。 * 讨论 1）溅射的含义以及基本原理。 2）以伏安特性曲线描述气体直流辉光放电现象。 3）溅射阈值、溅射产额。 5）什么是反应溅射中的靶中毒？如何避免？ * 靶中毒： 在典型的反应溅射系统中，反应气体与靶发生反应，在靶材表面形成化合物层，造成溅射模式由溅射率高的金属模式向溅射率低的化合物模式的变化的现象。 ＊靶中毒导致了溅射和薄膜沉积速率的降低！！ 溅射速率随反应气体流量的变化规律？ * 随着反应气体流量的变化,薄膜的沉积速率会发生明显的变化,并且变化呈现出滞后的特征. * 避免靶中毒的措施： （1）提高活性气体的利用效率，抑制其与靶材表面反应的进行（反应气入口远离靶材、靠近衬底）； （2）提高靶材的溅射速率（合适的入射离子种类和能量、入射角度、靶材温度），降低活性气体吸附的相对影响； （3）采用中频或脉冲溅射技术 * （五）中频溅射与脉冲溅射 在制备电导率较低的化合物薄膜时，利用直流反应溅射技术会遇到以下问题： （1）靶中毒（溅射和沉积速率降低，薄膜结构和成分变动）； （2）阳极作用消失（化合物沉积，阻塞电荷传导通路，电子累积，附加电场逐渐削弱源电场）； （3）靶面和电极间打火（电荷累积，化合物层放电击穿，靶材溅射区与非溅射区之间最易打火，造成熔化、颗粒喷溅）。 导致上述问题的原因在于靶材与阳极表面的电荷积累。要解决这些问题，可以采用交流溅射法。 * 交流溅射法：使用交流电压进行薄膜溅射沉积的方法。 交流溅射法主要分为两类： （1）采用正旋波电源的中频溅射法 （2）采用矩形脉冲波电源的脉冲溅射法。 1. 中频溅射法： 靶材周期性地处于高电位和低电位。 处于低电位时，吸引离子而排斥电子，离子电荷在表面积累 处于高电位时，吸引电子而排斥离子，电子中和掉靶材表面的电荷积累，从而抑制了避免了打火现象。 * 中频溅射装置示意图 中频溅射：解决电荷累积问题。抑制靶面打火，克服阳极消失。 不需要像射频溅射那样复杂的阻抗匹配线路。 * 2. 脉冲溅射法： 脉冲溅射法使用输出电压为矩形波的脉冲电源。 图3.27 是最简单的脉冲电源电压的波形图。 负脉冲：靶材处于被溅射状态，离子电荷（+）累积 正脉冲：电子快速流入，中和累积电荷。 电子运动速度远高于离子：正脉冲宽度远小于负脉冲宽度 * 脉冲溅射法分为两类： （1）单极脉冲溅射法：只使用一个靶 .使用的电源为非对称式的脉冲电源。 （2）双极脉冲溅射法：使用孪生靶，正、负电压脉冲交替地驱动两个并列的靶材。 具有相同的优点： 克服了困扰反应溅射技术的电荷积累问题，从而克服了靶材毒化的问题。 * （六）偏压溅射 在一般溅射装置的基础上，将衬底的电位与接地阳极的电位分开设置，在衬底与等离子体之间有目的地施加一定大小的偏置电压，吸引一部分离子流向衬底，用改变入射到衬底表面的带电粒子的数量和能量的手段，达到改善薄膜微观组织与性能的目的的方法。 偏压对薄膜组织及电阻率的影响遵循着一种普遍的内在规律。 * 利用偏压还可以改变薄膜的硬度、介电常数、对光的折射率、密度、附着力等一系列的性能。 偏压对于薄膜内部结构的影响：可以提高薄膜的致密度与成膜能力，诱发各类缺陷，抑制柱状晶生长，并细化薄膜晶粒。 偏压还可改变薄膜中的气体含量:一方面可以清除衬底表面的吸附气体原子；另一方面，某些气体原子又可能因为偏压下的较高能量的离子轰击而被深埋在薄膜材料中。 偏压溅射是改善溅射沉积形成的薄膜组织及性能的最常用而且是最有效的手段之一。 * （七）离子束溅射 离子束溅射是将离子的产生与靶材的溅射过程分开，离子产生区的真空