濺射鍍膜類型.ppt

《濺射鍍膜類型.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、濺射鍍膜類型濺射鍍膜的方式很多，從電極結(jié)構(gòu)上可分為二極濺射、三或四極濺射和磁控濺射。直流濺射系統(tǒng)一般只能用于靶材為良導(dǎo)體的濺射；射頻濺射適用于絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體等任何一類靶材的濺射；反應(yīng)濺射可制備化合物薄膜；為了提高薄膜純度而分別研究出偏壓濺射、非對稱交流濺射和吸氣濺射等；對向靶濺射可以進(jìn)行磁性薄膜的高速低溫制備。各種濺射鍍膜類型的比較一．二極濺射陰極靶由鍍膜材料制成,成膜的基板及其固定架作為陽極，構(gòu)成了濺射裝置的兩個極。使用直流電源則稱為直流二極濺射，因?yàn)闉R射過程發(fā)生在陰極，故又稱為陰極濺射。使用射頻電源時稱為射頻二極濺射。靶和基板固定架都是平板狀

2、的稱為平面二極濺射。若二者是同軸圓柱狀布置就稱為同軸二極濺射。二級濺射結(jié)構(gòu)原理圖基片直流二極濺射原理先將真空室預(yù)抽到高真空（如10-3Pa），然后，通入惰性氣體（通常為氬氣），使真空室內(nèi)壓力維持在1～10Pa；接通電源（直流負(fù)高壓），電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與Ar原子發(fā)生碰撞，電離出大量的Ar+和電子，電子飛向基片，在此過程中不斷和Ar原子碰撞，產(chǎn)生更多的Ar+和電子，Ar+離子經(jīng)電場加速后撞擊靶材表面，使靶材原子被轟擊而飛出來，同時產(chǎn)生二次電子，二次電子再撞擊氣體原子從而形成更多的帶電離子,更多的離子轟擊靶又釋放更多的電子，從而使輝光放

3、電達(dá)到自持；從靶面飛濺出來的粒子以足夠的動能飛向陽極并沉積在基材表面，形成鍍層。靶材基片V(<0)E+ArAr+-e-e-e+Ar+濺射過程中涉及到復(fù)雜的散射過程和多種能量傳遞過程：首先，入射粒子與靶材原子發(fā)生彈性碰撞，入射粒子的一部分動能會傳給靶材原子，某些靶材原子的動能超過由其周圍存在的其它原子所形成的勢壘(對于金屬是5-10eV)，從而從晶格點(diǎn)陣中被碰撞出來，產(chǎn)生離位原子，并進(jìn)一步和附近的原子依次反復(fù)碰撞，產(chǎn)生碰撞級聯(lián)。當(dāng)這種碰撞級聯(lián)到達(dá)靶材表面時，如果靠近靶材表面的原子的動能大于表面結(jié)合能(對于金屬是1-6eV)，這些原子就會從靶材表面脫離從而

4、進(jìn)入真空。直流二極濺射放電所形成電回路，是依靠氣體放電產(chǎn)生的正離子飛向陰極靶，一次電子飛向陽極而形成的。而放電是依靠正離子轟擊陰極所產(chǎn)生的二次電子，經(jīng)陰極暗區(qū)被加速后去補(bǔ)充被消耗的一次電子來維持的。因此，在濺射鍍膜過程中，濺射效應(yīng)是手段，沉積效應(yīng)是目的，電離效應(yīng)是條件。為了提高淀積速率，在不影響輝光放電前提下，基片應(yīng)盡量靠近陰極靶。但基片接近陰極時，甚至在未達(dá)到陰極暗區(qū)之前，就會產(chǎn)生放電電流急劇變小而使濺射速率下降的現(xiàn)象。這時，從基片上膜厚分布來看，在陰極遮蔽最強(qiáng)的中心區(qū)膜最薄。因此，有關(guān)資料指出：陰極靶與基片間的距離以大于陰極暗區(qū)的3~4倍較為適宜。

5、直流二極濺射的工作參數(shù)為濺射功率、放電電壓、氣體壓力和電極間距。濺射時主要監(jiān)視功率、電壓和氣壓參數(shù)。當(dāng)電壓一定時，放電電流與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系如圖3-32所示。氣體壓力不低于lPa，陰極靶電流密度為0.15～1.5MA/CM2。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可獲得大面積膜厚均勻的薄膜。缺點(diǎn)：（1）濺射參數(shù)不易獨(dú)立控制，放電電流易隨電壓和氣壓變化，工藝重復(fù)性差；（2）氣體壓力較高（10Pa左右），濺射速率較低，這不利于減少雜質(zhì)污染及提高濺射效率，使薄膜純度較差，成膜速度慢；（3）電子在電場力作用下迅速飛向基片表面：電子運(yùn)動路徑短，轟擊在基片上速度快，導(dǎo)致基片溫度升高；（4

6、）為了在輝光放電過程中使靶表面保持可控的負(fù)高壓，靶材必須是導(dǎo)體。（直流濺射法要求靶材能夠?qū)碾x子轟擊過程中得到的正電荷傳遞給與其緊密接觸的陰極，從而該方法只能濺射導(dǎo)體材料，不適于絕緣材料。因?yàn)檗Z擊絕緣靶材時表面的離子電荷無法中和，這將導(dǎo)致靶面電位升高，外加電壓幾乎都加在靶上，兩極間的離子加速與電離的機(jī)會將變小，甚至不能電離，導(dǎo)致不能連續(xù)放電甚至放電停止，濺射停止。故對于絕緣靶材或?qū)щ娦院懿畹姆墙饘侔胁?，須用射頻濺射法。）二、偏壓濺射直流偏壓濺射的原理示意如圖所示。它與直流二極濺射的區(qū)別在于基片上施加一固定直流偏壓。特點(diǎn)：（1）若施加的是負(fù)偏壓，則在薄膜

7、淀積過程中，基片表面都將受到氣體離子的穩(wěn)定轟擊，隨時清除可能進(jìn)入薄膜表面的氣體，有利于提高薄膜的純度。并且也可除掉粘附力弱的淀積粒子，加之在淀積之前可對基片進(jìn)行轟擊清洗，使表面凈化，從而提高了薄膜的附著力。直流偏壓濺射的原理示意圖（2）偏壓濺射還可改變淀積薄膜的結(jié)構(gòu)。圖3-34示出了基片加不同偏壓時鉭膜電阻率的變化。偏壓在-100V至100V范圍，膜層電阻率較高，屬β-Ta即四方晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)負(fù)偏壓大于100V時，電阻率迅速下降，這時鉭膜已相變?yōu)檎ｓw心立方結(jié)構(gòu)。這種情況很可能是因?yàn)榛由险珘汉螅蔀殛枠O，導(dǎo)致大量電子流向基片，引起基片發(fā)熱所致。圖3-

8、34鉭膜電阻率與基片偏壓關(guān)系三、三極或四極濺射二極直流濺射只能在較高氣壓下進(jìn)行，因?yàn)樗且蕾囯x