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1、磁控濺射鍍膜技術(shù)綜合介紹（課程作業(yè)）姓名：揣濤濤學(xué)號(hào)：1015221011班級(jí)：2010級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)1班7摘要：上世紀(jì)80年代開(kāi)始，磁控濺射技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的推廣。現(xiàn)在磁控濺射技術(shù)已經(jīng)在鍍膜領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著極大的作用。正是近來(lái)市場(chǎng)上各方面對(duì)高質(zhì)量薄膜日益增長(zhǎng)的需要使磁控濺射不斷的發(fā)展。在許多方面，磁控濺射薄膜的表現(xiàn)都比物理蒸發(fā)沉積制成的要好；而且在同樣的功能下采用磁控濺射技術(shù)制得的能夠比采用其他技術(shù)制得的要厚。因此，磁控濺射技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域包括制造硬的、抗磨損的、低摩擦的、抗
2、腐蝕的、裝潢的以及光電學(xué)薄膜等方面具有重要是影響【1】、【2】。前言：磁控濺射技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用,是由該技術(shù)有別于其它鍍膜方法的特點(diǎn)所決定的。其特點(diǎn)可歸納為:可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料,包括各種金屬、半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質(zhì),尤其適合高熔點(diǎn)和低蒸汽壓的材料沉積鍍膜在適當(dāng)條件下多元靶材共濺射方式,可沉積所需組分的混合物、化合物薄膜;在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體,可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜;控制真空室中的氣壓、濺射功率,基本上可獲得穩(wěn)定的沉積速率,通過(guò)精確地控制濺射鍍膜時(shí)間,容易獲得
3、均勻的高精度的膜厚,且重復(fù)性好;濺射粒子幾乎不受重力影響,靶材與基片位置可自由安排;基片與膜的附著強(qiáng)度是一般蒸鍍膜的10倍以上,且由于濺射粒子帶有高能量,在成膜面會(huì)繼續(xù)表面擴(kuò)散而得到硬且致密的薄膜,同時(shí)高能量使基片只要較低的溫度即可得到結(jié)晶膜;薄膜形成初期成核密度高,故可生產(chǎn)厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜【1】。一、磁控濺射工作原理【3】：磁控濺射屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子來(lái)源于輝光放電中，氬離子對(duì)陰極靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來(lái)后，沉積到元件表面形成所需膜層。磁控原理就是采用正交電磁場(chǎng)的特殊分
4、布控制電場(chǎng)中的電子運(yùn)動(dòng)軌跡，使得電子在正交電磁場(chǎng)中變成了擺線運(yùn)動(dòng)，因而大大增加了與氣體分子碰撞的幾率。1、濺射機(jī)理：用高能粒子(大多數(shù)是由電場(chǎng)加速的氣體正離子)撞擊固體表面(靶)，使固體原子(分子)從表面射出的現(xiàn)象稱為濺射。濺射現(xiàn)象很早就為人們所認(rèn)識(shí)，通過(guò)前人的大量實(shí)驗(yàn)研究，我們對(duì)這一重要物理現(xiàn)象得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:7(1)濺射率隨入射離子能量的增加而增大;而在離子能量增加到一定程度時(shí)，由于離子注入效應(yīng)，濺射率將隨之減小;(2)濺射率的大小與入射粒子的質(zhì)量有關(guān):(3)當(dāng)入射離子的能量低于某一臨界值(閥值)時(shí)，不會(huì)發(fā)生濺射;(4)濺射原子的能
5、量比蒸發(fā)原子的能量大許多倍;(5)入射離子的能量很低時(shí)，濺射原子角分布就不完全符合余弦分布規(guī)律。角分布還與入射離子方向有關(guān)。從單晶靶濺射出來(lái)的原子趨向于集中在晶體密度最大的方向。(6)因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量很小，所以即使使用具有極高能量的電子轟擊靶材也不會(huì)產(chǎn)生濺射現(xiàn)象。由于濺射是一個(gè)極為復(fù)雜的物理過(guò)程，涉及的因素很多，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于濺射機(jī)理雖然進(jìn)行了很多的研究，提出過(guò)許多的理論，但都難以完善地解釋濺射現(xiàn)象。1、輝光放電：輝光放電是在真空度約為一的稀薄氣體中，兩個(gè)電極之間加上電壓時(shí)產(chǎn)生的一種氣體放電現(xiàn)象。濺射鍍膜基于荷能離子轟擊靶材時(shí)的濺射效應(yīng)，而整
6、個(gè)濺射過(guò)程都是建立在輝光放電的基礎(chǔ)之上的，即濺射離子都來(lái)源于氣體放電。不同的濺射技術(shù)所采用的輝光放電方式有所不同，直流二極濺射利用的是直流輝光放電，磁控濺射是利用環(huán)狀磁場(chǎng)控制下的輝光放電。如圖所示為一個(gè)直流氣體放電體系，在陰陽(yáng)兩極之間由電動(dòng)勢(shì)為的直流電源提供電壓和電流，并以電阻作為限流電阻。在電路中，各參數(shù)之間應(yīng)滿足下述關(guān)系：V=E-IR使真空容器中Ar氣的壓力保持一定7，并逐漸提高兩個(gè)電極之間的電壓。在開(kāi)始時(shí)，電極之間幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，因?yàn)檫@時(shí)氣體原子大多仍處于中性狀態(tài)，只有極少量的電離粒子在電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，形成極為微弱的電流，
7、即圖(b)中曲線的開(kāi)始階段所示的那樣。隨著電壓逐漸地升高，電離粒子的運(yùn)動(dòng)速度也隨之加快，即電流隨電壓上升而增加。當(dāng)這部分電離粒子的速度達(dá)到飽和時(shí)，電流不再隨電壓升高而增加。此時(shí)，電流達(dá)到了一個(gè)飽和值（對(duì)應(yīng)于圖曲線的第一個(gè)垂直段）。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，離子與陰極之間以及電子與氣體分子之間的碰撞變得重要起來(lái)。在碰撞趨于頻繁的同時(shí)，外電路轉(zhuǎn)移給電子與離子的能量也在逐漸增加。一方面，離子對(duì)于陰極的碰撞將使其產(chǎn)生二次電子的發(fā)射，而電子能量也增加到足夠高的水平，它們與氣體分子的碰撞開(kāi)始導(dǎo)致后者發(fā)生電離，如圖(a)所示。這些過(guò)程均產(chǎn)生新的離子和電子，即碰
8、撞過(guò)程使得離子和電子的數(shù)目迅速增加。這時(shí)，隨著放電電流的迅速增加，電壓的變化卻不大。這一放電階段稱為湯生放電。在湯生放電階段的后期，放電開(kāi)始進(jìn)入電暈放電階段。這時(shí)，在電場(chǎng)強(qiáng)度較高的電極尖端部位
