第三章溅射镀膜..ppt

溅射镀膜的类型——磁控溅射 磁控溅射工作原理 磁控溅射技术中使用了磁控靶。 磁控靶 溅射镀膜的类型——磁控溅射 在阴极靶的表面上形成一个正交的电磁场。 溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速成为高能电子，但是它并不直接飞向阳极，而在电场和磁场的作用下作摆线运动。 高能电子束缚在阴极表面与工作气体分子发生碰撞，传递能量，并成为低能电子。 溅射镀膜的类型——磁控溅射 E = 0B along y-axisv0 along z-axis E = 0B along y-axisv0 along yz-plane 溅射镀膜的类型——磁控溅射 E along x-axisB along y-axisv0 along yz-plane E along x-axisB along y-axisv0 in z-direction E/B=0.02 溅射镀膜的类型——磁控溅射 E along x-axisB along y-axisv0 in z-direction E/B=0.1 x y z 溅射镀膜的类型——磁控溅射 溅射镀膜的类型——磁控溅射 特点： 在阴极靶的表面形成一个正交的电磁场； 电离效率高（电子一般经过大约上百米的飞行才能到达阳极，碰撞频率约为10-7 s-1 ）； 可以在低真空（10-1Pa，溅射电压数百伏，靶流可达到几十毫安/m2）实现高速溅射； 低温、高速。 溅射镀膜的类型——磁控溅射 磁控溅射源类型 圆柱状磁控溅射源 平面磁控溅射源 S枪（锥型磁控溅射源） 溅射镀膜的类型——磁控溅射 平面磁控溅射靶 溅射镀膜的类型——磁控溅射 磁控溅射靶的最基本要求是：在阴极表面形成环形磁场，对靶面发射的二次电子进行有效控制。 环行磁场区域一般称为跑道，磁力线从跑道外环指向内环（或由内环指向外环），横贯跑道。 二次电子在跑道内作摆线运动。由于磁场强度分布不均匀造成了离子密度的不均匀，进而形成靶面不均匀溅射。 溅射镀膜的类型——磁控溅射 溅射镀膜的类型——磁控溅射 平面磁控溅射靶的工作特性 溅射镀膜的类型——磁控溅射 最佳磁场强度和磁力线分布条件下 功率变化 电流电压 阴极电压恒定情况下，溅射功率 平面磁控溅射的工作参数： 溅射电压 300～800V 电流密度 4～50mA/cm2 氩气压力 0.13～1.3 Pa 溅射功率 1～36W/cm2 基片与靶的距离 4～10cm 在此条件下，得到的单元素材料的溅射速率为103～104?/KW·min 溅射镀膜的类型——磁控溅射 磁控溅射存在的问题： 不能实现强磁性材料的低温高速溅射 靶材为绝缘材料时，会使基板升温 靶的利用率较低（30%） 溅射镀膜的类型——磁控溅射 溅射镀膜的类型——对向靶溅射 ★ 对向靶溅射 对于磁性材料，要实现低温、高速溅射镀膜，由于靶的磁阻很低，磁场几乎完全从靶中通过，不可能在靶面上形成平行的磁场。 采用对向靶溅射技术，可以解决上述问题。 对向靶溅射具有溅射速率高、基板温度低、可淀积磁性薄膜等优点。 溅射镀膜的类型——反应溅射 ★ 反应溅射 一般描述 与反应蒸发相类似，在溅射过程中引入反应气体，就可以控制生成薄膜的组成和特性，称为“反应溅射”。 溅射淀积高纯介质薄膜和各种化合物薄膜，必须先有高纯靶。 高纯的氧化物、氮化物、碳化物、或其它化合物粉末并不难得，但是，加工成靶确是很难的。 溅射镀膜的类型——反应溅射 反应动力学过程 反应物之间发生化学反应的必要条件：反应物分子必须有足够能量以克服分子间的势垒 。 反应活化能为： 和 为正逆反应过程的活化能； 溅射镀膜的类型——反应溅射 粒子的按能量分布： 反应速度常数： 教材中给出了能量大于 的溅射粒子和蒸发粒子的比较；以及反应溅射和反应蒸发速率的比较。 目前，对于反应溅射成膜过程及机理的研究还不十分深入。通常靶反应溅射过程分为三个部分：靶面反应、气相反应、基片反应。 溅射镀膜的类型——反应溅射 （1）靶面反应 靶面金属与反应气体之间的反应，结果影响淀积薄膜的质量和成分。 关键是防止在靶面上形成稳定化合物（如铝靶）。 （2）气相反应 逸出靶面的原子在到达基片之前与反应气体发生反应形成化合物。 溅射镀膜的类型——反应溅射 （3）基片反应 溅射原子在基片表面形成所需要的化合物。基本