物理气相沉积技术.ppt

阴极溅射镀膜原理示意图1-高压屏蔽2-高压线3-基片4-钟罩5-阴极屏蔽6-阴极（靶材）7-阳极8-加热器9-Ar进口10-加热电源11-至真空系统12-高压电源阴极溅射主要过程：阳离子电子靶材（阴极）基材（阳极）二次电子正离子气体辉光放电加热基材再次轰击靶材原子，分子膜生成的三大阶段：溅射原子向基片迁移粒子的平均自由程，决定了靶面与基板的距离！靶面原子的溅射成膜粒子向基板入射并沉积成膜靶面原子的溅射1.机理1）高温蒸发2）弹性碰撞2.靶材表面原子运动现象粒子能量高能粒子低能粒子高能粒子发生现象溅射现象原位振动反冲，联级碰撞产生效应原子脱离晶格提高表面活性周围原子碰撞移位（四）影响溅射量的因素：1.Q，气压高，离子数目多，杂质多2.η1）靶材元素种类；2）入射离子能量3.T4.入射角S=ηQ溅射量溅射效率入射离子数目logoAr＋溅射不同靶材的溅射率曲线不同气体离子轰击钨靶的溅射率曲线（五）溅射镀膜的优缺点优点：1）适用性广2）粒子能量高：对基片有清洗，升温的作用；薄膜附着力大。3）薄膜成分易控制4）可实现工业化缺点：1）装置复杂2）受气氛影响3）需要制备靶材4）沉积速度低5）基片温度高真空蒸发镀膜：0.1～5um/min二级溅射速率：0.01～0.5um/min射频、磁控溅射根据电极的结构，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（四极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、吸气溅射等。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。（六）常用阴极溅射方法1、二极溅射镀膜属于单纯直流溅射法，装置简单，是最早采用的阴极溅射方法。问题：1）有直射电子冲击基材，使基材温度升高达几百度，因此塑料和不允许热变形的精密零件无法采用。——磁控溅射速度慢，不适于制造10μm以上的厚膜。——磁控溅射只能沉积金属膜，而不能沉积介质膜。——射频，磁控溅射原理：利用高频电磁辐射来维持低气压（2.5×102Pa）的辉光放电。这样在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶，从而实现溅射介质材料（靶子）的目的。可解决直流阴极溅射方法能沉积介质膜的问题！2、射频溅射镀膜射频溅射镀膜的原理图1-射频电源；2-匹配电路；3-射频电级（水冷）4-电磁线圈；5-工件；6-工件架（水冷）；7-靶材；8-射频电级阴极为小电极阳极为大电极原理：电极面积大小暗区电压降离子能量小电极的离子能量＞大电极的离子能量当离子能量＜溅射阀能，电极上不发生溅射一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶材阴极靶材小电极阳极基材大电极应用：用来沉积各种合金膜、磁性膜、超声换能器的铌酸锂和钛酸钡压电薄膜和其它功能薄膜。特点：（相对直流溅射）射频溅射几乎可以用来沉积任何固体材料的薄膜；获得的薄膜致密、纯度高；与基片附着牢固；溅射速率大、工艺重复性好。3、磁控溅射镀膜（高速低温溅射）正交电磁场可以将电子的运动束缚在靶面附近，提高了电子的电离效率，使等离子体密度加大。溅射速度快低气压下，减少了放电气体粒子对溅射出来的原子或分子间的碰撞。避免基片温度升高将电子的运动束缚在靶面附近，使基体免受轰放电离子轰击电子到达阳极时已变成低能电子有效解决了基片温度升高和溅射速度低的问题！JC500-2/D型磁控溅射镀膜机****纳米薄膜可以分为两类：①含有纳米颗粒与原子团簇—基质薄膜；②纳米尺寸厚度的薄膜，量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性。超晶格材料：是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细复合材料。佩尔斯相变：当温度降低到某一临界温度以下时，导体材料变成半导体或绝缘体；而当温度超过临界温度，半导体或绝缘体又变成导体．****