【正文】 習(xí)題、思考題 1. 濺射鍍膜與真空鍍膜相比 ， 有何特點 ？ 2. 正常輝光放電和異常輝光放電的特征 ？ 3. 射頻輝光放電的特點 ？ 4. 濺射的概念及濺射參數(shù) 。 （ 2） 如果沉積過程中真空度較低 ， 沉積膜中容易含有氧 。 濺射鍍膜的類型 —— 離子束濺射鍍膜 離子束濺射沉積法 ， 有以下三點必須加以注意 。 （ 2） 二次離子束淀積 （ 離子束濺射 ） 離子束由惰性氣體或反應(yīng)氣體的離子組成 ， 離子能量高 ， 它們打到由薄膜材料構(gòu)成的靶上 ， 引起靶原子濺射 ， 并在襯底上形成薄膜 。 存在如下問題： ? 基片受電子轟擊； ? 濺射條件下 ， 氣體壓力 、 放電電流等參數(shù)不能獨立控制； ? 工藝重復(fù)性差 。 基本要求是 ? 到達基片的金屬原子與反應(yīng)氣體分子之間維持一定的比例； ? 保持適當(dāng)?shù)幕瑴囟?。 （ 2） 氣相反應(yīng) 逸出靶面的原子在到達基片之前與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)形成化合物 。 濺射鍍膜的類型 —— 反應(yīng)濺射 （ 1） 靶面反應(yīng) 靶面金屬與反應(yīng)氣體之間的反應(yīng) ， 結(jié)果影響淀積薄膜的質(zhì)量和成分 。 AE 目前 ， 對于反應(yīng)濺射成膜過程及機理的研究還不十分深入 。 濺射鍍膜的類型 —— 反應(yīng)濺射 ? 反應(yīng)動力學(xué)過程 反應(yīng)物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件：反應(yīng)物分子必須有足夠能量以克服分子間的勢壘 。 濺射淀積高純介質(zhì)薄膜和各種化合物薄膜 ， 必須先有高純靶 。 對向靶濺射具有濺射速率高 、 基板溫度低 、 可淀積磁性薄膜等優(yōu)點 。 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 濺射鍍膜的類型 —— 對向靶濺射 ★ 對向靶濺射 對于磁性材料 ， 要實現(xiàn)低溫 、 高速濺射鍍膜 ， 由于靶的磁阻很低 ， 磁場幾乎完全從靶中通過 ， 不可能在靶面上形成平行的磁場 。 二次電子在跑道內(nèi)作擺線運動 。 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 ? 磁控濺射源類型 ? 圓柱狀磁控濺射源 ? 平面磁控濺射源 ? S槍 （ 錐型磁控濺射源 ） 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 ? 平面磁控濺射靶 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 磁控濺射靶的最基本要求是：在陰極表面形成環(huán)形磁場 ， 對靶面發(fā)射的二次電子進行有效控制 。 高能電子束縛在陰極表面與工作氣體分子發(fā)生碰撞 ，傳遞能量 ， 并成為低能電子 。 磁控靶 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 在陰極靶的表面上形成一個正交的電磁場 。 氣體電離從%提高到56%。 濺射鍍膜的類型 —— 磁控濺射 ★ 磁控濺射 磁控濺射是70年代發(fā)展起來的一種高速濺射技術(shù) 。 濺射鍍膜的類型 —— 射頻濺射 ★ 射頻濺射 濺射鍍膜的類型 —— 射頻濺射 ★ 射頻濺射 濺射鍍膜的類型 —— 射頻濺射 ? 特點： 1. 電子與工作氣體分子碰撞電離幾率非常大，擊穿電壓和放電電壓顯著降低，比直流濺射小一個數(shù)量級； 2. 能淀積包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體在內(nèi)的幾乎所有材料； 3. 濺射過程不需要次級電子來維持放電。 當(dāng)氣壓下降 （ ） 時 ， 陰極暗區(qū)擴大 ， 電子自由程增加 ， 等離子體密度下降 ， 輝光放電將無法維持 。 ? 特點： 1. 提高薄膜純度； 2. 提高附著力。 ? 缺點 a. 濺射參數(shù)不易獨立控制，放電電流隨電壓和氣壓變化，工藝重復(fù)性差； b. 真空系統(tǒng)多采用 擴散泵 ，殘留氣體對膜層污染較嚴(yán)重，純度較差； c. 基片溫度升高，淀積速率低； d. 靶材必須是良導(dǎo)體。 ()nS ? 0E a0U濺射鍍膜的類型 —— 二級直流濺射 ★ 二級直流濺射 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 基片 濺射鍍膜的類型 —— 二級直流濺射 ? 特點：結(jié)構(gòu)簡單，可以獲得大面積均勻薄膜。 當(dāng) 時，有 21MM22 0 014 ME E EM?202???濺射的基本原理 —— 濺射機理 根據(jù)能量轉(zhuǎn)移關(guān)系，可以得出濺射產(chǎn)額正比于核阻止截面。濺射出來的粒子除了是原子外，也可以是原子團。 上述過程被稱為離子注入過程 。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 離子注入： 如果入射離子的速度方向與固體表面的夾角大于某一臨界角 ， 它將能夠進入固體表面層 ， 與固體中的原子發(fā)生一系列的彈性和非彈性碰撞 ， 并不斷地?fù)p失其能量 。 熱釘扎線性碰撞級聯(lián)濺射示意圖 濺射的基本原理 —— 濺射機理 入射離子的能量損失可以分為兩部分：一部分用于靶原子核的反沖運動 ， 另一部分用于激發(fā)或電離靶原子核外的電子 ， 分別對應(yīng)于 核阻止本領(lǐng) 和 電子阻止本領(lǐng) 。 線性碰撞級聯(lián)濺射示意圖 濺射的基本原理 —— 濺射機理 濺射的基本原理 —— 濺射機理 （ 3） 熱釘扎濺射 反沖原子的密度非常高，以至于在一定的區(qū)域內(nèi)大部分原子都在運動。但級聯(lián)運動的密度比較低，以至于運動原子同靜止原子之間的碰撞是主要的，而運動原子之間的碰撞是次要的。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 撞擊濺射的分類 （ 1） 單一 撞擊濺射 在離子同靶原子的碰撞過程中，反沖原子得到的能量比較低，以至于它不能進一步地產(chǎn)生新的反沖原子而直接被濺射出去。 也就是說 ， 對于低能離子產(chǎn)生的濺射現(xiàn)象 ， 主要是由原子之間的彈性碰撞過程造成的 。 金屬中電子的馳豫時間約為 1019秒 ， 而對于一個能量為10keV的 Ar離子 ， 在金屬中穿行 1?m所需的時間約為 1013秒 ， 這樣電子在這么短的時間內(nèi)獲得的能量不足以造成靶原子的移位 。 當(dāng)原子的能量大于結(jié)合能時 ， 就從表面濺射出來 。 這種碰撞沿晶體點陣的 各個方向進行 。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 ? 動量轉(zhuǎn)移理論 深入研究結(jié)果表明 ， 濺射完全是一個動量轉(zhuǎn)移過程 ，并被人們廣泛接受 。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 ? 熱蒸發(fā)理論 （ 早期理論 ） 認(rèn)為：濺射現(xiàn)象是被電離氣體的離子在電場中加速并轟擊靶面 ， 而將能量傳遞給碰撞處的原子 ， 導(dǎo)致很小的局部區(qū)域產(chǎn)生高溫 ， 使靶材融化 ， 發(fā)生熱蒸發(fā) 。 ? 1969年 ， Sigmund在總結(jié)了大量的實驗工作的基礎(chǔ)上 ，對 Thompson的理論工作進行了推廣 ， 建立了原子線性級聯(lián)碰撞的理論模型 ， 并由此得到了原子濺射產(chǎn)額的公式 。 ? 1902年 ， Goldstein 才指出產(chǎn)生這種濺射現(xiàn)象的原因是由于陰極受到電離氣體中的離子的轟擊而引起的 ， 并且他完成了第一個離子束濺射實驗 。 濺射的基本原理 —— 濺射機理 ? 濺射理論的發(fā)展 ? 1853年 Grove就觀察到了濺射現(xiàn)象 ， 發(fā)現(xiàn)在氣體放電室的器壁上有一層金屬沉積物 ， 沉積物的成份與陰極材料的成份完全相同 。 C I S(