第三章_溅射薄膜制备技术.ppt

七、离子束溅射 ●上述的7种溅射都是——阴极溅射： 靶和基板都处于等离子体中，基片在成膜过程中 受到周围环境气体和带电离子的轰击（特别是 高速电子），因此膜的质量往往差异较大。 ●离子束溅射是将离子的产生区和靶的溅射区分开。 考夫曼离子源 ●离子束溅射(IBS) ：高能离子束轰击靶材，产生溅射; ●离子束沉积(IBD)：低能成膜离子入射到基片，形成薄膜 ●离子束辅助沉积(IBAD)：低能非成膜离子入射基片， 提高成膜原子的能量。 问题：如何能实现用 离子源溅射绝缘靶？ 特点： (1)薄膜沉积区的真空度高，10-3-10-7Pa，气体杂质污染少，薄膜纯度高，附着力好。 (2)不产生辉光放电，没有等离子体的影响，各个溅射参数可分别控制，工艺重复性好。 (3)淀积发生在无场区域，负离子不会轰击基板，温升低。 (4)适宜作溅射的基础研究工作。 微量搀杂，准直性好 缺点：设备复杂，淀积速率较低。 作 业 1.比较蒸发和溅射镀膜的异同 2.试说明磁控溅射的原理和特点。 3.试说明射频溅射的原理，为什么在射频电压的正半周不会对基片形成溅射？ 4.查阅有关反应溅射制备氧化物薄膜的资料，写约1000字综述。 ●当m1=m2，?=0时， λ＝1，为最大值，完全能量转移 ●当m1 m2时， 所以电子不能溅射 ●当m1 m2时，重离子入射轻靶， 此时， v2 = 2v1 v2??v1 溅射率的表达式 前提：线形级联碰撞理论；非晶靶模型；二体碰撞近似； 原子作用势为Thomas-Fermi势 平均表面势垒；垂直入射 1969年，Sigmund给出，当离子能量1keV： 表面势垒， 一般取升华能 碰撞阻止能 若考虑原子的相互作用： 第五节、溅射的特点 一、优点： 任何物质均可以溅射 尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物 不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材 溅射膜与基板之间的附着性好 溅射原子的能量～10ev，蒸发～0.1ev 表面迁移强，溅射清洗作用，伪扩散层 溅射镀膜膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高 溅射镀膜中，不存在坩埚污染现象 膜厚可控性和重复性好 二、缺点（针对二极溅射） ●溅射设备复杂、需要高压装置； ●溅射淀积的成膜速度低， 真空蒸镀：0.1～5μm/min， 溅射：0.01～0.5μm/min。 ●基板温升较高和易受杂质气体影响等。 第六节、蒸发与溅射的比较 1、淀积粒子的过程 蒸发：热交换过程，气化过程，蒸发粒子能量低、附着力低； 溅射：动量交换过程，能量交换率高，溅射粒子能量高，附着力好。 2、淀积粒子的角分布 蒸发：余弦分布，膜厚分布不均； 溅射：轴平面对称性分布，状态与入射粒子动能有关。 3、逸出粒子性质 蒸发：不带电，极少热电子发射； 溅射：离子种类多，性质各异，中性原子、正负离子、高能电子、光子、低能原子或离子团、气体分子、解吸附原子分子、入射离子。 4、合金的蒸发、溅射不同 （1）粒子的产生过程 蒸发：要出现分馏，膜成分偏离源组分，各元素的蒸发速率相差较大，膜成分随蒸发时间而变 溅射：膜成分与靶材接近，各元素间溅射速率差异小 （2）迁移过程 蒸发：真空度10-5~10-6Torr，?＞源—基距，淀积粒子几乎不发生碰撞，直线淀积，薄膜不均匀； 溅射：真空度10-2~10-4Torr， ?＜源—基距， （3）成膜过程 溅射原子动能＞蒸发原子动能，有净化和粗化表面作用，促进吸附粒子迁移与核生长； 溅射离子入射可渗透到几个原子层厚度，产生缺陷，使基板晶体结构畸变； 溅射入射离子可使成核小岛瞬间充电，有利于小岛聚集，晶核密度大，晶粒尺寸小。 第七节、溅射类型 一、二极溅射： 靶为阴极，基片为阳极，由辉光放电产生等离子体 工作气压： 1～10Pa 缺点： 溅射参数不易独立控制，工艺重复性差； 2. 真空度低，1-10Pa，方能维持放电。 3. 残留气体对膜层的污染较严重。 4. 淀积速率低，小于10nm/min； 5. 基板的温升高，辐照损伤大； 6. 靶材必须是良导体（直流）。 二、偏压溅射 二极溅射中：基片与阳极同电位 偏压溅射： 基片与阳极分离， 在基片上加偏压。 若加负偏压（基片电位低于阳极电位） 可以提高薄膜的纯度和附着力。 除掉吸附气体； 离子轰击基片 除掉附着力差的淀积原子； 清洗作用。 2. 偏压可改变薄膜的结构 a 偏压在（-100～+10V） 四方结构，电阻率高； b 偏压-100V， 体心立方结构，电阻率低。 偏压的作用 3. 偏压可改变薄膜中杂质离子的浓度 在负偏压大于20v以上时