第十九讲 真空溅射镀膜

正用高能粒子(通常是由电场加速的正离子)轰击固体表面,固体表面的原子、分子与入射的高能粒子交换动能后从固体表面飞溅出来的现象称为溅射。溅射出来的原子(或原子团)具有—定的能量,它们可以重新沉积凝聚在固体基片表面上形成薄膜,称为溅射镀膜。通常是利用气体放电产生气体电离,其正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材,击出阴极靶材的原子或分子,飞向被镀基片表面沉积成薄膜。     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2014年第3期第80页)5溅射产额与工作气体压力的关系在较低工作气体压力时,溅射产额不随压力变化,在较高工作气体压力时,溅射产额随压力增大而减少,见图12。这是因为工作气体压力高时,溅射粒子与气体分子碰撞而返回阴极(靶)表面所致。6溅射产额与温度的关系图13是用45 keV的Xe+对几种靶材进行轰击时,其溅射产额(由靶材失重间接表达)与靶材     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>近年来,随着溅射设备及工艺方法的不断创新,无论是金属,还是其他材料均可用溅射技术制备薄膜,满足各行各业的需求。5.2直流二级溅射普通直流二极溅射是在溅射靶材上施加直流负电位(称阴极靶),阳极为放置被镀工件的基片架。直流二极溅射装置如图20所示,在真空镀     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2014年第4期第96页)(3)杂质的影响。杂质气体掺入膜中,影响膜的性能,影响膜与基片的结合强度。杂质会成为新的成核中心。(4)带电粒子的影响。快电子轰击基片导致温升,离子会引起反溅射。(5)荷能粒子的影响。能量足够大的溅射气体原子,轰击基片时,会渗入膜层或引起反溅射,使薄膜受损伤,产生缺陷改变膜的结构。4.5溅射沉积速率沉积速率是表征成膜速度的参数,薄膜材料     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第3期第80页)电子e在电场E作用下被加速,在飞向基体的过程中与Ar气原子发生碰撞,若电子具有足够的能量(约30 e V),则电离出Ar+和一个e,电子飞向基片,Ar+在电场E作用下加速飞向阴极靶并以高能量轰击靶表面,使靶材产生溅射。在溅射粒子中,中性的靶原子(或分子)沉积在基片上形成薄膜。同时被溅射出的二次电子在阴极暗区被加速,在飞向基片的过程中,落入正交电磁     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2016年第6期第80页)图70给出了在非平衡四靶闭合磁场结构和四靶镜像磁场结构中,磁控溅射系统的磁场分布情况。比较这两种结构的磁场分布情况,可以看出两者在靶面附近的磁场差别不大,在内外磁极之间以横向磁场为主,通过对电子的紧约束,形成一个电离度很高的等离子体阴极区。区内的正离子对靶面的强烈溅射刻蚀构成了靶材中性粒     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2017年第1期第80页)图77所示的多靶非平衡磁控溅射系统,是在四个非平衡磁控溅射靶的外侧再增加一个电磁激励线圈,以形成非平衡闭合磁场。这种磁场结构比较适用于镀膜设备的镀膜区域较大,构成非平衡磁场的四个单靶之间距离较大,磁阻较大,虽然靶对之间在镀膜区域的纵向磁场是闭合的,但是磁场强度较弱,减弱了两靶之间的闭合磁场对电子的约束,从而使得该区域的等离子体     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2016年第1期第80页)b.组合磁路改进磁场结构,用组合磁场代替传统的单一磁场,其目的是更有利于放电的稳定(离化率高)和增宽靶材的刻蚀区,提高靶材的利用率。图42是传统磁控源的磁场结构原理图。为单一磁路系统,磁力线的方向都是垂直靶面的,依靠磁力线在空间弯曲,在拱形磁力线的顶部形     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2016年第2期第80页)由此得出电子在磁控溅射中磁场作用域内三维方向的自由运动情况(即不考虑与其它粒子相互碰撞等作用)如下:x方向(横向:跑道断面与靶水平的方向,指向内侧的为正):围绕磁力线的在两极间的变幅螺旋往复振荡(在两极附近回旋半径最小,在走廊中心线处回旋半径最大,其本身就是xyz的三维运动);y方向(竖向:垂直靶面的方向,离开靶面朝外的方向为正):恒有一个离开靶面的速度分量;z方向(纵向:电漂移方向,即E×B方向为     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第1期第80页)按照Ar的巴邢曲线(见图21),对于二极溅射金属靶而言,若Ar压力为10 Pa,电极间距为4 cm,则p.d=4×10 Pa·cm,相应击穿电压约为400 V。此时,处于巴邢曲线的最低点左侧。若提高气压,还可以降低击穿电压。对直流二极溅射,气压p和放电电压V以及放电电流I三个参量之间,只能独立改变其中两个参量。典型的二极溅射工艺条件为:工作气体压力10 Pa(10~100 Pa),靶电压3 000 V(1 000~5 000 V),     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2018年第1期第72页)b.带有中空阴极的平面磁控溅射系统图104给出了一个在传统的平面磁控溅射系统中附加了中空阴极电子枪的溅射装置,这是一个三极装置,其中阴极为磁性阴极,中空阴极电子源作为一个二极阴极。电子源靠近磁阴极,以使它位于阴极的边缘,但仍基本处于磁场中。中空阴极在磁场中的位置是至关重要的。从中空阴极中发射出来的电子产生额外的气体离化,由     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第2期第80页)三极溅射的电流密度最高约2 m A/cm2,放电气压可为1~0.1 Pa,放电电压1 000~2 000 V,镀膜速率约为二极溅射的两倍。但由于热丝电子发射,难以获得大面积均匀的等离子区,不适于镀制大工件。在利用冷阴极辉光放电的溅射装置中,阴极本身又兼作靶、与此不同的是,三极(以及四极)等离子体溅射装置是在产生热电子的阴极和阳极之间产生弧柱放电,并维持弧柱放电等离子     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第6期第80页)(1)磁控溅射的放电特性磁控溅射放电均为低压等离子体放电,各种阴极靶的放电电流—电压特性基本一致。随着放电电流的增加,放电电压均需要增高;随着工作气压的增高,放电电压下降;磁场对放电特性有影响。磁控溅射的电流I和放电电压V的关系服     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2016年第5期第82页)普通磁控溅射靶的磁场集中在靶面附近(见图64a),靶的磁场将等离子体紧密地约束在靶面附近,而基片附近的等离子体很弱,基片不会受到离子和电子较强的轰击。而非平衡磁控溅射阴极的磁场大量向靶外发散(见图64b),非平衡磁控溅射阴极的磁场可将等离子体扩展到远离靶面处,使基片浸没其中。通过改变磁控靶中磁体的配置方式,有意识地增强或削弱其中一个磁极     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2017年第3期第80页)(3)弧光放电如前所述,在直流反应磁控溅射沉积化合物薄膜时,阴极溅射靶会出现靶中毒现象,即在靶面上建立起愈来愈高的正电位Up,而在一定的靶电源输出电位下,靶阴极位降区的电位降随着Up的升高而降低,直到阴极位降区的电位降减小到零,导致放电熄灭,溅射停止。若要维持放电与溅射,只有再提高溅射电源输出电压,但是又会使靶面绝缘膜积累的电荷进一步增加,其结果是引     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2017年第6期第80页)(4)中频磁控靶PEM控制中频反应溅射系统最好同时采用等离子体发射光谱监控系统,并快速响应反应气体供气,使溅射过程更加稳定和反应布气更加均匀。中频磁控溅射双平面靶的PEM控制系统和控制原理如图92和图93所示。6.7非对称脉冲溅射脉冲磁控溅射一般使用矩形波电压,这不仅是因为用现有的电子器件采用开关工作方式可     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2017年第4期第80页)图84是自动灭弧A2K电源的原理简图,在直流电源和靶之间增加一个称为SPARC-LE部件和一个电感线圈,然后用一个脉冲开关控制器来控制电源的运行,串联电感的作用是:当出现一次弧光放电或电子开关动作(中断电流)时,在电感两端将触发一个反电势,施加一个反向电压,这个电压将释放引起弧光放电的积累电荷。溅射电压与电感触发电压约为8∶1的关系。例如:运行中阳极电压为500 V时,反向电压为62 V。     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2015年第4期第80页)从图28中可以明显地看出,除磁控溅射方式之外,在其它所有溅射方式中,靶的平均离子电流密度为1 m A/cm2左右,而在磁控溅射方式中,很容易达到10~100 m A/cm2。在磁控溅射的工作电压范围内,其靶电流密度最大,所以沉积速率最高。磁控溅射运行压强(约0.1 Pa)比二极溅射的工作压强低一个数量级,溅射电压降至几百伏(300~500 V),都利于提高溅射速率。     

第十九讲 真空溅射镀膜

正(接2017年第5期第80页)(2)中频溅射的沉积速率高。对硅靶,中频反应溅射的沉积速率是直流反应溅射速率的10倍。比射频溅射高五倍左右。(3)中频溅射过程可稳定在设定的工作点。它既消除了打火现象,又能够克服直流放电状态下常出现的靶中毒和阳极消失现象。(4)中频电源的制作成本较低,设备安装、调试及维护比射频溅射容易,运行稳定,中频电源     

第十九讲 真空溅射镀膜

<正>(接2016年第4期第80页)(2)膜层沉积不均匀薄膜厚度均匀性是衡量薄膜质量和镀膜装置性能的一项重要指标。任何一种有实际应用价值的薄膜,都对膜厚分布有特定的要求,都要求所镀的膜层厚度尽可能均匀一致,有尽可能好的膜厚均匀性。提高膜厚均匀性有多种方法,比如将溅射靶源和基片放置在合适的位置,采用旋转基片,增加遮挡机构等等。对于磁控溅射镀膜,理想的