电化学沉积薄制备技术--11讲述.ppt

(2) 溅射沉积 这种方法以离子轰击靶材料，使其溅射并沉积在基体材料上。离子来源于气体放电，主要是辉光放电。溅射沉积有多种方式，其中包括二极溅射、三极或四极溅射、磁控溅射、射频溅射和反应溅射等技术。 a) 二极溅射 装置由溅射的靶（阴极）和镀膜的基片以及它的托架（阳极）, 两个电极组成。电极和基片托架如果是平板，则称平板二极；如为同轴状配置就称为同轴二极。溅射是通过等离子区中的离子轰击负电位的靶来进行的。二极溅射结构简单，宜于在基片上沉积均匀的膜，放电电流通过改变气体压强和电流来控制。 b) 三极或四极溅射 是对二极溅射的改进，它通过降低溅射时的气体压强，将靶电压和电流分别单独地加以控制来实现。这种方式是通过热阴极和阳极形成一个与靶电压无关的等离子区，使靶相对于等离子区保持负电位，并通过等离子区中的离子轰击靶来进行溅射。有稳定电极的，称为四极溅射；没有稳定电极的，称为三极溅射。稳定电极的作用就是使放电稳定。 上述溅射的缺点是：① 基片的温度剧烈上升（甚至达数百度）；② 沉积速度慢（通常在0.1?m/min以下）。为了克服这些缺点，发展了磁控溅射。 磁控溅射 利用正交电场与磁场的磁控管放电，在靶附近造成一个高密度的等离子区，使其流过大的离子流，从而实现大功率化，提高溅射沉积的效率另外，通过对被溅射靶材直接进行水冷以及依靠磁场和电子阱电极去掉电子轰击等，使靶的热辐射和电子轰击所耗功率大为减小，溅射变为低温过程。 按磁控溅射装置结构的不同，分平面磁控溅射和圆柱形磁控溅射。磁控溅射是一种高速低温溅射。 主要优点是：适于大批量生产，特别是容易做成连续生产装置；台阶涂敷很好；即使溅射合金（如含2%Si的Al）也不会改变成分；几乎没有辐射损伤等。 主要应用：它可以用于半导体元器件的制造、透明导电膜（液晶显示装置用）的制造、塑料涂敷以及印刷电路的制造等；还可用于大面积的塑料薄膜金属化，为玻璃作抗反射涂层及热屏蔽涂层等。 主要缺点：磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材，就会导致整块靶材报废，所以靶材的利用率不高，一般低于40%。 射频溅射 是应绝缘体的溅射需要而产生的。射频是指无线电波发射范围的频率，为了避免干扰电台工作，溅射专用频率规定为13.56MHz。如果用直流电源溅射绝缘体，则绝缘体的表面将被流入的带正电荷的离子所覆盖，使表面电位与等离子区的电位相等，从而使放电停止，溅射也就停止了。利用高频电源后，高频电流可以流过绝缘体两面间形成的电容，可用于SiO2、Al2O3等绝缘体的溅射。这种装置稍加改装，将电容器接入电路后，还可进行金属的溅射沉积。 这种技术的缺点是大功率的射频电源不仅价格昂贵，而且人身防护也是个问题。 反应溅射 反应溅射有两种。 在第一种反应溅射中，靶是一定纯度的金属、合金或是一种混合物，这种混合物在溅射过程中与反应气体合成一种化合物。反应气体可以是纯的，或者是一种惰性气体—反应气体的混合物。 第二种反应溅射使用化合物靶，这种靶在随后的惰性气体离子轰击过程中发生化学分解，使膜内缺少一种或多种成分，在此情况下，需充入一种反应性气体，以补偿损失的成分。 (3) 离子镀 离子镀是在镀膜的同时，采用载能离子轰击基片表面和膜层的镀膜技术。已开发了多种离子镀技术，包括：空心阴极离子镀、多弧离子镀，还包括上述离子束增强沉积等。 空心阴极离子镀由弧光放电产生等离子体，阴极是一个钽管，阳极是镀料。弧光放电时，电子轰击镀料，使其熔化而实现蒸发镀膜。蒸镀时，基片加上负偏压即可从等离子体中吸引出离子向其自身轰击，从而实现离子镀。此法广泛用于镀制TiN超硬膜，镀TiN膜的高速钢刀具可提高使用寿命三倍以上。 多弧离子镀的阴极由电镀料靶材制成，电弧的引燃是依靠引弧阳极与阴极的触发，弧光放电仅仅在靶材表面的一个或几个密集的弧斑处进行。弧斑所在之处，靶材迅速气化，产生大量蒸气喷出，弧斑的移动使靶材均匀消耗，以喷射蒸发的方式成膜。尽管弧斑的温度很高，但由于整个靶材加以水冷，温度只有50 ~ 200℃，所以是冷阴极多弧放电。 电弧等离子镀在材料表面改性方面有广泛的应用，如在金属基体表面镀上一层美观、耐蚀、牢固的Ti及TiN涂层，有非常好的装饰效果。又如在涡轮机叶片上镀防热腐蚀膜，可延长叶片使用寿命。 5、化学气相沉积 化学气相沉积是近一二十年发展起来的薄膜沉积新技术。这种技术是利用气态物质在一固体材料表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。化学气相沉积可以用在中等温度下高气压的反应剂气体源，来沉积高熔点的相，如TiB2的熔点为3225℃，可以由TiCl4，BCl3和H2在900℃下以化学气相沉积获得。 化学气相沉积所用的反应体系要符合一些基本要求： ① 能够形成所需要的材料沉积层或材料层的组合，其它反应产物均易挥发；