薄膜物理ch3濺射鍍膜-預(yù)覽頁
【正文】 ， 為暗區(qū)寬度 ， 、 為常數(shù) 。 濺射的基本原理 —— 輝光放電 ? 負輝光區(qū) 隨著電子速度增大 ， 很快獲得了足以引起電離的能量 ， 于是離開陰極暗區(qū)后使大量氣體電離 ，產(chǎn)生大量的正離子 。 ? 正離子柱 法拉第暗區(qū)過后 ， 少數(shù)電子逐漸加速 ， 并使氣體電離；由于電子較少 ， 產(chǎn)生的正離子不會形成密集的空間電荷 。 濺射鍍膜裝置中 ， 陰極和陽極之間距離至少要大于陰極于負輝光區(qū)的距離 。 電壓變化周期小于電離或消電離所需時間 。 在射頻輝光放電時 ，等離子體對接地的基片 （ 襯底 ） 只有極微小的轟擊 ， 而對濺射靶進行強烈轟擊使之產(chǎn)生濺射 。 又稱濺射產(chǎn)額或濺射系數(shù) 。 ? 060?之間服從 規(guī)律 ? ? 6080?時 ， 濺射率最大 ? 90?時 ， 濺射率為零 1 cos?oo( 6 0 ) 2 ( 0 )SS?濺射的基本原理 —— 濺射特性 濺射的基本原理 —— 濺射特性 和 對于不同靶材和入射離子種類有如下規(guī)律： ()S? ()S?? 對于輕元素靶材 ， 的比值變化顯著； ? 對于重離子入射時 ， 的比值變化顯著； ? 隨著入射離子能量的增加 ， 呈最大值的角度逐漸增大 ， 的最大值在入射離子能量超過2keV時 ， 急劇減小 。 濺射的基本原理 —— 濺射特性 ? 濺射原子的能量和速度 濺射原子的能量 （ 510eV） 比熱蒸發(fā)原子能量 （ ） 大 12個數(shù)量級 。 ? 平均逸出能量 隨入射離子能量增加而增大 ， 當(dāng)入射離子能量超過 1keV時 ， 平均逸出能量趨于恒定； ? 傾斜方向逸出的原子具有較高的逸出能量 （ 守恒定律 ） 。 濺射的基本原理 —— 濺射特性 ? 與晶體結(jié)構(gòu)方向的關(guān)系 逸出原子與原子排列密度有關(guān) 。2 （ 3） 一般情況下 ， 濺射率的計算可由下式處理 510 /S W m It??W RtA ?? I JA? 510RSmJ???式中 ， 為靶材的損失量 ， 原子量 ， 為離子電流 ， 為濺射時間 。 2n 2c 12Q212 1 2()Q r r??? 由于濺射粒子速度遠大于氣體分子的速度 ， 有 12 12 2 1Q n c? ?21 1 1 2 1 2 2 2 1 21 1 ( )c Q n n r r? ? ?? ? ? ?濺射的基本原理 —— 濺射鍍膜過程 例題： Ar+離子濺射銅靶 ， 已知 （ 0℃ ， 133Pa） 求濺射離子的平均自由程 ？ 81 0. 96 10r c m???82 1. 82 10r c m??? 16 32 10 /n c m??解：代入公式 2 1 6 2 1 61 2 1 231 ( ) 1 3 . 5 1 0 ( 0 . 9 6 1 . 8 2 ) 1 01 1 . 7 1 0n r rcm? ? ? ??? ? ? ? ? ??? 濺射鍍膜的氣體壓力一般為 101101Pa， 其平均自由程為 110cm， 因此 ， 靶和基片的距離與濺射粒子的平均自由程大致相當(dāng) 。 CIS?式中 ， 是與濺射裝置有關(guān)的特征常數(shù) ， 是離子電流 ， 是濺射率 。 但當(dāng)時他并不知道產(chǎn)生這種現(xiàn)象的物理原因 。 ? 1974年 ， . Andersen 和 H. L. Bay 研究 （ 實驗 ） 了低能重離子輻照固體表面 ， 可以產(chǎn)生非線性濺射現(xiàn)象 ， 通常稱為 “ 熱釘扎 ” (thermalized spike) 效應(yīng) 。 該理論認(rèn)為 ， 低能離子 碰撞靶時 ， 不能直接從表面濺射出原子 ， 而是把動量傳遞給被碰撞的原子 ， 引起原子的級聯(lián)碰撞 。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 低能離子同靶原子之間的相互作用主要是原子核之間的彈性碰撞 ， 尤其是對金屬靶材料 。 因此 ， 這種濺射也被稱為撞擊濺射 （ knockon sputtering） 。對于線性碰撞級聯(lián)，入射離子的能量范圍一般在 keVMeV。 對于低能離子 ， 核阻止本領(lǐng)是主要的 ， 而對于高能離子 ， 電子阻止本領(lǐng)則是主要的 。 Ion E atoms 濺射的基本原理 —— 濺射機理 濺射現(xiàn)象： 當(dāng)級聯(lián)運動的原子運動到固體表面時，如果其能量大于表面的勢壘，它將克服表面的束縛而飛出表面層，這就是濺射現(xiàn)象。 2 0( ) 12nS a E? ? ??03 2 200( ) 31 6 4na S a ESa U U??????式中， 是核阻止截面， 入射離子能量， 是原子相互作用屏蔽半徑， 是表面勢能。 濺射鍍膜的類型 —— 偏壓濺射 ★ 偏壓濺射 ? 結(jié)構(gòu)：基片施加負偏壓。 負電位 濺射鍍膜的類型 —— 三極或四極濺射 穩(wěn)定電 極電位 濺射鍍膜的類型 —— 三極或四極濺射 ? 特點： 1. 靶電流和靶電壓可獨立調(diào)節(jié)，克服了二極濺射的缺點； 2. 靶電壓低（幾百伏），濺射損傷小； 3. 濺射過程不依賴二次電子，由熱陰極發(fā)射電流控制，提高了濺射參數(shù)的可控性和工藝重復(fù)性； ? 缺點： 不能抑制電子轟擊對基片的影響（溫度升高）；燈絲污染問題；不適合反應(yīng)濺射等。 磁控濺射可以使淀積速率提高 。 濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位降區(qū)內(nèi)被加速成為高能電子 ， 但是它并不直接飛向陽極 ， 而在電場和磁場的作用下作擺線運動 。 環(huán)行磁場區(qū)域一般稱為 跑道 ， 磁力線從跑道外環(huán)指向內(nèi)環(huán) （ 或由內(nèi)環(huán)指向外環(huán) ） ， 橫貫跑道 。 采用對向靶濺射技術(shù) ， 可以解決上述問題 。 高純的氧化物 、 氮化物 、 碳化物 、 或其它化合物粉末并不難得 ， 但是 ， 加工成靶確是很難的 。 通常靶反應(yīng)濺射過程分為三個部分：靶面反應(yīng) 、氣相反應(yīng) 、 基片反應(yīng) 。 濺射鍍膜的類型 —— 反應(yīng)濺射 （ 3） 基片反應(yīng) 濺射原子在基片表面形成所需要的化合物 。 ? 問題提出 濺射鍍膜的類型 —— 離子束濺射鍍膜 ? 離子束濺射的種類 （ 1） 一次離子束淀積 （ 低能離子束淀積 ） 離子束由薄膜材料的離子組成 ， 離子能量較低 ，到達基片后就淀積成膜 。 （ 1） 由靶反射的 Ar+離子會變?yōu)橹行粤Ｗ?， 沉積膜中可能發(fā)生 Ar+離子的注入 ， 也可能發(fā)生氣體的混入等 。 5. 濺射機理 6. 二極直流濺射 、 偏壓濺射 、 三極或四極濺射 、 射頻濺射 、磁控濺射 、 離子束濺射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理
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