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第四章 薄膜材料合成与制备 3 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 所谓溅射是指在真空室中，利用荷能粒子(如正离子)轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出，逸出的原子在工件的表面形成与靶材成分相同的薄膜，这种制备薄膜的方法称为溅射成膜。真空蒸镀方法制备薄膜，从薄膜与基体之间的结合力的大小来看，是依靠加热温度高低来控制蒸发粒子的速度。例如加热温度为1000?C，蒸发原子平均动能也只有0.14eV左右。平均动能较小，所以蒸镀薄膜与基体附着强度较小。而溅射逸出的原子能量通常在10eV左右，即为蒸镀原子能量的100倍以上，所以与基体的附着力大大优于蒸镀法。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 随着磁控溅射方法的运用，溅射速度也相应提高了很多，因此溅射镀膜正越来越广泛得到应用。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 溅射镀膜与真空蒸镀法相比，具有许多优点，如膜层和基体的附着力强；可以方便地制取高熔点物质的薄膜，在很大的面积上可以制取均匀的膜层；容易控制膜的成分，可以制取各种不同成分和配比的合金膜；可以进行反应溅射，制取各种化合物膜，可方便地镀制多层膜；便于工业化生产，易于实现连续化、自动化操作等。溅射镀膜法也有不足之处，主要是：按需要应预先制备各种成分的靶，装卸靶不太方便，靶的利用率不太高等。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 表4-11列出了各种溅射镀膜方式的特点及原理图。根据电极的结构、电极的相对位置以及溅射镀膜的过程可以分为二极溅射、三极(包括四极)溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、吸气溅射等。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 在这些溅射方式中，如果在Ar中混入反应气体，如O2、N2、CH4、C2H2等，可制得靶材料的氧化物、氮化物、碳化物等化合物薄膜，这就是反应溅射；在成膜的基片上若施加直到500V的负电压，使离子轰击膜层的同时成膜，使膜层致密，改善膜的性能，这就是偏压溅射；在射频电压作用下，利用电子和离子运动特征的不同，在靶的表面感应出负的直流脉冲，而产生溅射现象，对绝缘体也能溅射镀膜，这就是射频溅射。因此，按溅射方式的不同，又可分为直流溅射、射频溅射、偏压溅射和反应溅射等。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 4.3.2 二极辉光放电型溅射 溅射镀膜法中最简单的方式是二极辉光放电型溅射。这种方式是在安装靶的阴极以及与其对向布置的阳极(多数值况下为基片或基片支架)之间施力口直流或交流高压(一般为数千伏)，使其间产生辉光放电，进而产生溅射镀膜效果。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 4.3.2 二极辉光放电型溅射 表4-12中给出了各种二极溅射法的特征。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 4.3.2 二极辉光放电型溅射 4.3.2.1 直流二极溅射 直流二极溅射的电源、电极和操作方法等最简单。在电子束蒸镀技术普及之前，高熔点金属膜的制取、贵金属的镀制主要采用这种方法。图4-7为直流二极溅射装置的电极结构。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 4.3.2 二极辉光放电型溅射 4.3.2.1 直流二极溅射 4.3.2.2 偏压溅射 偏压溅射是相对于接地的阳极(例如基片支架等)来说，在基片上施加适当的偏压，使离子的一部分也流向基片。在薄膜沉积过程中，由于基片表面也受到离子的轰击，从而把沉积膜中吸附的气体轰击去除掉，这种方法可以提高膜的纯度。从广义上讲，非对称交流溅射以及射频溅射和三极溅射等也相当于偏压溅射。图4-8给出了偏压溅射中基片的结构。 第四章 薄膜材料合成与制备 4.3 溅射成膜 4.3.1 溅射方法的基本原理 4.3.2 二极辉光放电型溅射 4.3.2.1 直流二极溅射 4.3.2.2 偏压溅射 4.3.2.3 非对称交流溅射 非对称交流溅射是采用交流溅射电源，仅正负极性不同的电流波形是非对称的，如图4-9所示。每经半个周期，也要对基片表面进行较弱的离子轰击，在不引起膜层显著损伤的前提下，把杂质气体分子轰击去除掉