离子镀技术制备薄膜范例.ppt

离子镀 离子镀的原理 离子镀的特点 离子轰击的作用 离子镀的类型 3.1 离化 PVD 技术 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。 3.1 离化 PVD 技术 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： 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！ 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。 离子束辅助沉积 (IBAD，Ion Beam Assisted Deposition) 一、概念：真空下，在利用溅射或蒸发方法沉积薄膜的同时， 利用附加的离子枪装置发射离子束对基片和薄膜 进行轰击，在轰击离子的作用下完成薄膜沉积。 二、出发点：偏压溅射、离子镀等过程中，阳离子对基片 表面的轰击可有效改善薄膜的组织性能、 沉积质量和结合力。 但是：这些轰击离子的方向、能量、密度等难以控制而无法 进一步优化这种改善效果，为此考虑采用附加离子源 来完成对基片表面的轰击。 三、技术关键：离子源 (离子枪) ！ 主要类型：? Kaufman型：真空度要求高、束流强度高、能量可调、发散角小；? End-Hall型：结构简单、发散角大、能量低且有范围、束流强度可较大；? ECR型：离子束方向、能量可控，低温高纯沉积，无电极污染，覆盖性好。 四、沉积装置：如右图所示。 五、特点： ? 可以显著改善薄膜的性能，特别是结合力； ? 设备复杂、沉积率低。 离子束沉积 (IBD，Ion Beam Deposition) 一、概念：直接将离子源发出的低能离子束打向基片，形成薄膜沉积的方法。 二、特点： ? 沉积离子的能量和薄膜质量高度可控，可高纯精细沉积； ? 薄膜的沉积速率很低。 离子镀膜技术——离子镀膜的类型 （1）二阴极法中放电开始的气压为10-2Torr左右，而多阴极法为10-3Torr左右，可实现低气压下的离子镀膜。真空度比二级型离子镀的真空度大约高一个数量级。所以，镀膜质量好，光泽致密 （2） 二极型离子镀膜技术中，随着阴极电压降低，放电起始气压变得更高；而在多阴极方式中，阴极电压在200V就能在10-3 Torr左右开始放电。 特点： 离子镀膜技术——离子镀膜的类型 （3）在多阴极方式中，即使气压保持不变，只改变作为热电子发射源的灯丝电流，放电电流就会发生很大的变化，因此可通过改变辅助阴极(多阴极)的灯丝电流来控制放电状态。 （4）由于主阴极(基板)上所加维持辉光放电的电压不高，而且多阴极灯丝处于基板四周，扩大了阴极区、改善了绕射性，减少了高能离子对工件的轰击作用，避免了直流二极型离子镀溅射严重、成膜粗糙、温升高而难以控制的弱点。 离子镀膜技术——离子镀膜的类型 活性反应离子镀膜（ARE） Activated Reactive Evaporation