第5章物理气相淀积汇编.ppt

第五章 物理气相淀积 本章主要内容 物理气相淀积 真空蒸发法设备 真空蒸法过程 汽化热和蒸汽压 多组分薄膜的蒸发方法 单源蒸发法 　 先按薄膜组分比例的要求制成合金靶，对合金靶进行蒸发，凝结成固态薄膜。 　要求：合金靶中各组分材料的蒸汽压应该接近，保证薄膜成分与合金靶中各组分的比例接近。 多源同时蒸发法 　 用多个坩埚，每个坩埚中放入薄膜所需的一种材料，在不同温度下同时蒸发。 多源顺序蒸发法 　 把薄膜所需材料放在不同坩埚中按顺序蒸发，并根据薄膜组分控制层厚，之后高温退火形成所需多组分薄膜。 多组分薄膜的蒸发方法 蒸发源 蒸发源 蒸发源 蒸发源 蒸发源 遮蔽效应 A Primary Limitation of Evaporation The step coverage of evaporated films is poor due to the directional nature of the evaporated material (shadowing narrow arrival angle). ? In the planetary substrate holder of the electron-beam system, heating (resulting in surface diffusion) and rotating the substrates (minimizing the shadowing) help to improve step coverage . 蒸发的优缺点 辉光放电的八个区 等离子体和等离子鞘层 射频辉光放电 溅 射 溅射特性 溅射率 The Sputtering Yield with incidence angle 溅射特性 重元素靶材被溅射出来的原子有较高的逸出能量，重元素靶材被溅射出来的原子有较高的逸出速度； 溅射率高的靶材料，原子平均逸出能通常较低； 相同的轰击能量下，原子逸出能量随入射离子质量线性增加，轻的入射离子溅射出的离子其逸出能量较低； 溅射原子的平均逸出能量，随入射离子的能量增加而增加，当入射离子能量达到1keV以上时，平均逸出能量逐渐趋于恒定值； 在倾斜方向逸出的原子具有较高的逸出能量。 溅射方法 直流溅射 蒸发与溅射的比较 作 业 工作机理 在辉光放电过程中离子对阴极的轰击，可以使阴极的物质飞溅出来。故溅射法利用带有电荷的离子在电场中加速有一定动能的特点，将离子引向靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来，这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并沿一定方向射向衬底实现淀积。 特点 溅射出来的靶原子具有更大的动能，在淀积表面有更高的迁移能力，改善了台阶覆盖和薄膜与衬底之间的附着力。 溅射阈值 每种靶材发生溅射现象的最低能量值称为溅射阈值。溅射阀值与入射离子质量间无明显依赖关系，主要取决于靶材料本身特性。 溅射率 1.只有当入射离子的能量超过一定能量时，才能发生溅射； 2.随着入射离子能量增加，溅射率先增加后平缓最后降低，当离子能量继续增加，溅射率下降，发生离子注入。 轰击时，每个正离子能从靶上打出的原子数目。 溅射率与入射离子能量关系： 溅射率与入射离子种类关系： 1.入射离子的原子量越大，溅射率越高； 2.随离子的原子序数周期性变化，电子壳层填满的元素的溅射率最大。 溅射率与被溅射物质的种类关系： 随靶元素原子序数增加而增大。 溅射率与入射角的关系： 随入射角的增加，溅射率以1/cosθ规律增加；当入射角接近８０度时，溅射率迅速下降。 溅射率 The sputtering Yield Y depends on ion, substrate, energy, and incidence angle. 溅射原子的能量和速度 具体的溅射方法有：直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射、离子束溅射、偏压溅射等。 直流溅射 又称为阴极溅射或直流二极溅射，靶材料必须是导电材料。 对于直流溅射，当正离子轰击阴极靶时，正离子将与阴极靶表面的一个电子复合而中性化。若阴极是导体，损失的电子由电传导补充，阴极表面保持负电位，否则阴极靶表面电子得不到补充，正离子聚集在靶表面，使阴阳两极表面势减小，若小于支持放电值，放电现象马上消失。 随着气压变化，淀积速率出现一个极值；气压低时，入射到衬底的原子能量高，有利于提供淀积膜的致密性。 淀积速率与溅射功率成正比； 淀积速率与靶材和衬底间距成反比。 淀积速率 射频溅射 适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。高频电场可以由其它阻抗形式耦合进入淀积室，不再要求电极一定