薄膜材料与技术级单元薄膜沉积的物理方法演示文稿.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 四、射频溅射： 3、原理： ? 利用非对称电极设计，可实现 Sd（地电极面积） Sc（靶电极面积）， 此时系统可简化为“靶材-等离子体”和“等离子体-地电极” 构成的两个平行极板电容之串联，且成立：C ? S2 电容的交变阻抗特性满足： ? = (2? fC)-1，I = V??-1 = 2? fCV 由于流过两串联电容的电流 I 相同，可知： I / 2?f = CdVd = CcVc ? Vc/Vd = Cd/Cc = Sd2/Sc2 由于 Sd Sc，可知：Vc Vd (幅值比较) ? 如右图所示：Vc 实际上交变，其均值体现出靶相对于接地极的不变负电势，称为靶的负偏压 (bias)； 而 Vc 的振幅则记为 V0，且成立 V0（一般为数百V） Vp（一般为10 V左右）； ? 由于靶材的负电位 Vc 远低于 基片和炉体的负电位 Vd，且相对于等离子体的正电位 Vp 永远处于更负的负值， 从而实现绝缘的靶电极在此负压作用下，受到来自于等离子体的阳离子的不断轰击而实现溅射！ 4、特点： ? 电场耦合形成高能电子振荡，离化率比二极溅射高得多，可在高真空下实现溅射沉积 (P≤1 Pa)；? 电场通过交变阻抗网络而非导电电极形式实现耦合，电极 (靶材+基片) 不要求一定是导体， ? 可以实现各种材料 (金属、非金属、半导体等)薄膜的沉积！ 3 薄膜沉积的物理方法 3.2 溅射沉积技术 3.2.4 溅射沉积装置简介 射频溅射过程中电极电位的变化 五、离子束溅射： 1、出发点： ? 辉光放电需较低的真空度环境 (0.1~10 Pa)才能维持放电， 不能避免溅射气体对薄膜的污染；? 离子的能量水平、入射方向、束流的大小不能精确控制， 不能沉积结构、成分更精细的薄膜！ 2、实现方法： ? 使入射离子的产生系统与溅射沉积系统分离： 前者工作于较低真空度下，易于获得高荷电密度等离子体； 后者工作于更高真空度 (P 10-3 Pa)下，保证薄膜沉积质量。 ? 如右图所示：前者实际上是一个独立的离子源，被称为离子枪， 其作用是提供一定强度 (如：I+ = 10~50 mA)、一定能量 (如：500~2000 eV) 的 Ar+束流； ? 离子枪发射出的Ar+ 流以一定角度轰击靶材，溅射出靶材粒子并在更高真空度下输运并沉积到基片成膜。 3、特点：? 溅射系统真空度远高于一般溅射装置 ? 气体污染?、薄膜纯度?；? 等离子体环境远离基片 ? 避免荷电粒子轰击基片 ? 基片温升?、薄膜内部因遭受轰击的损伤、缺陷?；? 入射离子流和溅射物质束流高度可控 ? 可以精细控制薄膜的成分与结构！ ? 设备结构复杂、离子枪成本很高、薄膜的沉积速率也非常有限。 3 薄膜沉积的物理方法 3.2 溅射沉积技术 3.2.4 溅射沉积装置简介 离子束溅射装置 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，并使之在 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 薄膜沉积的物理方法 3.3 离化 PVD 技术 3.3.1 概述 3 薄膜沉积的物理方法 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