【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 l0um以上的膜厚；由于大量二次電子直接轟擊基片，使基片升溫過(guò)高。 其他幾種濺射方式 ② 三級(jí)和四極濺射 三極濺射是在二極濺射的裝置上附加一個(gè)電極 ， 使它放出熱電子強(qiáng)化放電 ， 它既能使濺射速率有所提高 ， 又能使濺射工況的控制更為方便 。 與二極濺射不同的是 ， 可以在主閥全開的狀態(tài)下制取高純度的膜 。 四極濺射又稱為等離子弧柱濺射 ， 如圖 所示 。 在原來(lái)二極濺射靶和基板垂直的位置上 ， 分別放置一個(gè)發(fā)射熱電子的燈絲 (熱陰極 )和吸引熱電子的輔助陽(yáng)極 ， 其間形成低電壓 、 大電流的等離子體弧柱 ， 大量電子碰撞氣體電離 ， 產(chǎn)生大量離子 。 這種濺射方法還是不能抑制由靶產(chǎn)生的高速電子對(duì)基片的轟擊 ，還存在因燈絲具有不純物而使膜層沾污等問(wèn)題 。 ③ 射頻濺射 ? 60年代利用射頻輝光放電，可以制取從導(dǎo)體到絕緣體任意材料的膜，而且在 70年代得到普及。直流濺射是利用金屬、半導(dǎo)體靶制取薄膜的有效方法，但當(dāng)靶是絕緣體時(shí)由于撞擊到靶上的離子會(huì)使靶帶電，靶的電位上升，結(jié)果離子不能繼續(xù)對(duì)靶進(jìn)行轟擊。 ? 射頻是指無(wú)線電波發(fā)射范圍的頻率，為了避免干擾電臺(tái)工作，濺射專用頻率規(guī)定為 13． 56MHz。 ? 其缺點(diǎn)是大功率的射頻電源不僅價(jià)高，而且對(duì)于人身防護(hù)也成問(wèn)題。因此，射頻濺射不適于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。 ④ 磁控濺射 ? 磁控濺射所利用的環(huán)狀磁場(chǎng)迫使二次電子跳躍式地沿著環(huán)狀磁場(chǎng)轉(zhuǎn)圈。相應(yīng)地，環(huán)狀磁場(chǎng)控制的區(qū)域是等離子體密度最高的部位，在磁控濺射時(shí)，可以看見(jiàn)，濺射氣體氬氣在這部位發(fā)出強(qiáng)烈的淡藍(lán)色輝光，形成一個(gè)光環(huán)，處于光環(huán)下的靶材是被離子轟擊最嚴(yán)重的部位，會(huì)濺射出一條環(huán)狀的溝槽。環(huán)狀磁場(chǎng)是電子運(yùn)動(dòng)的軌道，環(huán)狀的輝光和溝槽將其形象地表現(xiàn)了出來(lái)。 附加磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn) ? 限制濺射離子的軌道 ? 增加離子在氣體中停留的時(shí)間 ? 增強(qiáng)等離子體和電離過(guò)程 ? 減少?gòu)陌胁牡揭r底路程中的碰撞 ? 高磁場(chǎng)附近的產(chǎn)值比較高 磁控濺射靶的濺射溝槽一旦穿透靶材，就會(huì)導(dǎo)致整塊靶材報(bào)廢，所以靶材的利用率不高，一般低于 40％，這是磁控濺射的主要缺點(diǎn)。 ⑤ 離子束濺射 ? 前面幾種方法都是把靶置于等離子體中，因此膜面都要受到氣體和帶電粒子的沖擊，膜的性能受等離子體狀態(tài)的影響很大，濺射條件也不易嚴(yán)格控制，例如氣體壓力、靶電壓、放電電流等參數(shù)都不能獨(dú)立控制。 ? 離子束濺射 ? 采用單獨(dú)的離子源產(chǎn)生用于轟擊靶材的離子。Kaufman于 1961年研究成功寬束離子源，目前已有直徑為 10余厘米的寬束離子源用于離子束濺射。 合金膜的鍍制 在物理氣相沉積的各類技術(shù)中， 濺射 最容易控制合金膜的成分。 1. 鍍制合金膜可以采用多靶共濺射，這時(shí)控制各個(gè)磁控靶的濺射參數(shù)，可以得到一定成分的合金膜。 2. 直接采用合金靶進(jìn)行濺射，則不必采用任何控制措施，就可以得到與靶材成分完全一致的合金膜。 考慮到各種元素的濺射產(chǎn)額 (每個(gè)離子所擊出的靶材原子數(shù)目 )是不同的，這種靶材與膜層的成分一致性似乎難以理解。實(shí)際情況是當(dāng)靶材的 A、 B兩種元素的濺射產(chǎn)額不等時(shí)，濺射產(chǎn)額較高的元素，例如 A，會(huì)自動(dòng)逐漸貧化，直到膜層的成分與靶材一致時(shí)，靶材表面的含 A量才不再下降。此后靶面成分達(dá)到恒穩(wěn)狀態(tài)，總是保持著確定成分的貧 A層。 離子鍍就是在鍍膜的同時(shí)，采用帶能離子轟擊基片表面和膜層的鍍膜技術(shù)。離子轟擊的目的在于改善膜層的性能。離子鍍是鍍膜與離子轟擊改性同時(shí)進(jìn)行的鍍膜過(guò)程。 ? 無(wú)論是蒸鍍還是濺射都 ? 可以發(fā)展成為離子鍍。 ? 對(duì)于真空蒸鍍、濺射、離子鍍?nèi)N不同的鍍膜技術(shù)，入射到基片上的每個(gè)沉積粒子所帶的能量是不同的。 ? 熱蒸鍍?cè)哟蠹s ， ? 濺射原子大約 150eV， ? 而離子鍍中轟擊離子大概有幾百到幾千電子伏特。 ? 離子鍍一般來(lái)說(shuō)是離子轟擊膜層，實(shí)際上有些離子在行程中與其他原子發(fā)生碰撞時(shí)可能發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而變成中性原子；但其動(dòng)能并沒(méi)有變化，仍然繼續(xù)前進(jìn)轟擊膜層。 ? 所謂離子轟擊，確切說(shuō)應(yīng)該是既有離子又有原子的粒子轟擊。粒子中不但有氬粒子，還有靶材粒子，在鍍膜初期還會(huì)有由基片表面濺射出來(lái)的基材粒子。 ? 離子轟擊可以提高靶材原子在膜層表面的遷移率，這有利于獲得致密的膜層。離子鍍的缺點(diǎn)是 Ar離子的轟擊會(huì)使膜層中的 Ar含量升高，另外由于擇優(yōu)濺射會(huì)改變膜層的成分。 (CVD) ? 化學(xué)氣相沉積方法作為常規(guī)的薄膜制備方法之一，目前較多地被應(yīng)用于納米微粒薄膜材料的制備，包括常壓、低壓、等離子體輔助氣相沉積等。 ? 利用氣相反應(yīng)，在高溫、等離子或激光輔助等條件下控制反應(yīng)氣壓、氣流速率、基片材料溫度等因素，從而控制納米微粒薄膜的成核生長(zhǎng)過(guò)程；或者通過(guò)薄膜后處理，控制非晶薄膜的晶化過(guò)程，從而獲得納米結(jié)構(gòu)的薄膜材料。 ? CVD工藝在制備半導(dǎo)體、氧化物、氮化物、碳化物納米薄膜材料中得到廣泛應(yīng)用。 ? 通常 CVD的反應(yīng)溫度范圍大約為 9002022℃ ，它取決于沉積物的特性。 (CVD) （ 1） CVD的原理 ? 用 CVD法制備薄膜材料是通過(guò)賦予原料氣體以不同的能量使其產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)，在基片上析出非揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物。但是， CVD的機(jī)理是復(fù)雜的，那是由于反應(yīng)氣體中不同化學(xué)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)和向基片的析出是同時(shí)發(fā)生的緣故。 ? CVD的化學(xué)反應(yīng)必須發(fā)生在基體材料和氣相間的擴(kuò)散層中。這是因?yàn)樵跉庀嘀邪l(fā)生氣相 氣相反應(yīng)，然后生成粉末，該粉末出現(xiàn)在反應(yīng)系統(tǒng)之外。另外，從氣相析出固相的驅(qū)動(dòng)力 (driving force)是根據(jù)基體材料和氣相間的擴(kuò)散層內(nèi)存在的溫差和不同化學(xué)物質(zhì)的濃度差，由化學(xué)平衡所決定的過(guò)飽和度。 (CVD) （ 2） CVD的種類 ? 按照發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的參數(shù)和方法可以將 CVD法分類如下： ? 常壓 CVD法 ? 低壓 CVD法； ? 熱 CVD法； ? 等離子 CVD法； ? 激光 CVD法； ? 超聲 CVD法 (CVD) ? (3)CVD的流程與裝置 ? 為了制作 CVD裝置，首先必須考慮系統(tǒng)的整個(gè)程序。盡管根據(jù)前文的介紹， CVD的種類有所不同，但 CVD的程序，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的還是工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的都基本上相同。 (CVD) (4) CVD的新技術(shù) ?金屬有機(jī)化合物氣相沉積 (MOCVD) ?等離子體輔助化學(xué)氣相沉積 (PECVD) ?激光化學(xué)氣相沉積 (LCVD) ?微波等離子體化學(xué)氣體沉積 (MWPECVD) ?超聲波化學(xué)氣相沉積 (UWCWD) ?納米薄膜的低能團(tuán)簇束沉積 (LEBCD) (4) CVD的新技術(shù) ? 金屬有機(jī)化合物氣相沉積 (MOCVD) ? MOCVD是使用容易分解的金屬有機(jī)化合物作初始反應(yīng)物， 因此沉積溫度較低。 MOCVD的優(yōu)點(diǎn)是可以在熱敏感的基體上進(jìn)行沉積；其缺點(diǎn)是沉積速率低，晶體缺陷密度高，膜中雜質(zhì)多。在這種技術(shù)中，把欲沉積膜層的一種或幾種組分以金屬烷基化合物的形式輸送到反應(yīng)區(qū)，而其他的組分可以氫化物的形式輸送。其他的初始反應(yīng)物，如氯置換的金屬烷基化合物或配位化合物也可采用。 ? MOCVD技術(shù)的開發(fā)是由于半導(dǎo)體外延沉積的需要。也曾用MOCVD沉積金屬鍍層，這是因?yàn)槟承┙饘冫u化物在高溫下是穩(wěn)定的，而用常規(guī) CVD難以實(shí)現(xiàn)其沉積。已經(jīng)用金屬有機(jī)化合物沉積了氧化物、氮化物、碳化物和硅化物膜層。許多金屬