溅射镀膜原理及工艺.pdf

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本章主要内容 ☀溅射镀膜的特点 ☀溅射的基本原理 辉光放电、溅射特性、溅射镀膜过程、溅射机理 ☀溅射镀膜的类型 二极溅射、偏压溅射、三极或四极溅射、射频溅射、 磁控溅射、对向靶溅射、反应溅射、离子束溅射 ☀溅射镀膜厚度的均匀性(自学) 溅射镀膜的特点 溅射镀膜与真空镀膜相比,有如下特点:  任何物质都可以溅射,尤其是高熔点金属、低 蒸气压元素和化合物;  溅射薄膜与衬底的附着性好;  溅射镀膜的密度高、针孔少,膜层纯度高;  膜层厚度可控性和重复性好。 溅射镀膜的缺点:  溅射设备复杂,需要高压装置;  成膜速率较低 (0.01-0.5m )。 溅射的基本原理——辉光放电 ★ 辉光放电  直流辉光放电 辉光放电是在真空度约10-1Pa 的稀薄气体中,两 个电极之间在一定电压下产生的一种气体放电现象。 气体放电时,两电极之间的电压和电流的关系复 杂,不能用欧姆定律描述。 溅射的基本原理——辉光放电 溅射的基本原理——辉光放电  无光放电 由于宇宙射线产生的游离离子和电子在直流电压作用 下运动形成电流,10-16-10-14A 。 自然游离的离子和电子是有限的,所以随电压增加, 电流变化很小。  汤森放电区 随电压升高,电子运动速度逐渐加快,由于碰撞使气 体分子开始产生电离。于是在伏-安特性曲线出现汤森放电 区。 上述两种情况都以自然电离源为前提,且导电而不发 光。因此,称为非自持放电。 溅射的基本原理——辉光放电  辉光放电 当放电容器两端电压进一步增大时,进入辉光放电区。 • 气体击穿 • 自持放电 (电流密度范围2-3个数量级) • 电流与电压无关 (与辉光覆盖面积有关) • 电流密度恒定 • 电流密度与阴极材料、气体压强和种类有关 • 电流密度不高 (溅射选择非正常放电区) 称为正常辉光放电 溅射的基本原理——辉光放电  非正常辉光放电区 当轰击覆盖住整个 阴极表面之后,进一步增加功率, 放电电压和电流同时增加,进入非正常辉光放电。 特点:电流增大时,放电电极间电压升高,且阴极电 压降与电流密度和气体压强有关。 阴极表面情况:此时辉光布满整个阴极,离子层已无 法向四周扩散,正离子层向阴极靠拢,距离缩短。 此时若想提高电流密度,必须增加阴极压降,结果更 多的正离子轰击阴极,更多的二次电子从阴极产生。 溅射的基本原理——辉光放电 巴 邢 定 律 溅射的基本原理——辉光放电  弧光放电区 异常辉光放电时,常有可能转变为弧光放电的危险。 • 极间电压陡降,电流突然增大,相当于极间短路; • 放电集中在阴极局部,常使阴极烧毁; • 损害电源。 溅射的基本原理——辉光放电  正常辉光与异常辉光放电 在正常辉光放电区,阴极有效放电面积随电流增加而 增大,从而使有效区内电流密度保持恒定。 当整个阴极均成为有效放电区域后,只有增加阴极电 流密度,才能增大电流,形成均匀而稳定的 “异常辉光放 电”,并均匀覆盖基片,这个放电区就是溅射区域。 j 在溅射区:溅射电压 ,电流密度 和气体压强 遵守 V P 以下关系 F j

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