生產(chǎn)實(shí)習(xí)_報(bào)告材料格式說明書

1、生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告模板實(shí)習(xí)時(shí)間：第17-19周（2010年6月27日-7月16日）實(shí)習(xí)地點(diǎn)：吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院激發(fā)態(tài)物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)目的：本實(shí)習(xí)是在學(xué)生學(xué)完部分專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，起到由理論到實(shí)踐的連接作用。使學(xué)生熟悉電子材料與元器件生產(chǎn)工藝過程， 掌握各階段的關(guān)鍵技術(shù) 及相關(guān)設(shè)備的基本原理、操作方法，同時(shí)對企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營管理有初步認(rèn)識。 為進(jìn)一步專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，要求學(xué)生實(shí)習(xí)中結(jié)合學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識， 分 析生產(chǎn)各工藝環(huán)節(jié)，掌握基本操作。實(shí)習(xí)要求認(rèn)識：通過實(shí)習(xí)加深電子材料與元器件制備工藝的認(rèn)識和理解，提高對材料生產(chǎn)和對就業(yè)崗位的感性認(rèn)知；對現(xiàn)代化企業(yè)的管理制度有

2、初步的了解。會操作：學(xué)生在實(shí)際的生產(chǎn)單元中完成教學(xué)要求的實(shí)際操作；掌握：企業(yè)概況、主要生產(chǎn)設(shè)備的性能、使用要求、產(chǎn)品種類及相關(guān)性能參 數(shù)，熟悉相應(yīng)的生產(chǎn)線、了解影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵工藝。通過親身實(shí)踐，掌握儀器的基本操作和可能遇到的實(shí)際問題及解決方法。進(jìn)度安排：主要內(nèi)容：內(nèi)容一高溫高壓法合成金剛石內(nèi)容二MOCVD制備GaN的工藝流程內(nèi)容三MBE工藝在外延生長內(nèi)容四霍爾效應(yīng)的原理內(nèi)容五磁控濺射應(yīng)用實(shí)習(xí)進(jìn)度安排09-10第二學(xué)期 0706221-222班生產(chǎn)實(shí)習(xí)日程安排周 數(shù)日期星期內(nèi)容備注上午下午帶隊(duì)教師第 十 七 周2010 年 6 月 28日星期一學(xué)院生產(chǎn)實(shí)習(xí)動員大會班級討論、實(shí)習(xí)安排秦杰明、李

3、瑞2010 年 6 月 29日星期二廠內(nèi)技術(shù)課廠內(nèi)技術(shù)課秦杰明、李瑞2010 年 6 月 30日星期三休息休息秦杰明、李瑞2010年7月1日星期四準(zhǔn)備原理及合成塊高壓合成金剛石秦杰明、李瑞2010年7月2日星期五高壓合成金剛石高壓合成金剛石秦杰明、李瑞2010年7月3日星期六休息休息秦杰明、李瑞2010年7月4日星期日休息休息秦杰明、李瑞第 十 八 周2008年7月5日星期一MOCVD生產(chǎn)工藝流程MOCVD生產(chǎn)工藝流程秦杰明、李瑞2008年7月6日星期二MBE工藝在外延生長MBE工藝在外延生長秦杰明、李瑞2008年7月7日星期三休息休息秦杰明、李瑞2008年7月8日星期四霍爾效應(yīng)的原理及檢測霍

4、爾效應(yīng)的原理及檢測秦杰明、李瑞2008年7月9日星期五磁控濺射應(yīng)用磁控濺射應(yīng)用秦杰明、李瑞2008 年 7 月 10日星期六休息休息秦杰明、李瑞2008 年 7 月 11日星期日休息休息秦杰明、李瑞內(nèi)容一：高溫高壓法合成金剛石認(rèn)識超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國際上最早達(dá)到百萬大氣壓的五個(gè)實(shí)驗(yàn)室之一， 在靜水壓的定標(biāo)等超高壓技術(shù)、高溫高壓下金剛石的合成機(jī)理、高壓下物質(zhì)結(jié) 構(gòu)相變等研究領(lǐng)域處于國際前沿，受到國際同行的關(guān)注。金剛石的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)和應(yīng)用金剛石的晶胞特點(diǎn)使得金剛石成為一種極限功能材料：最高硬度，最高熱導(dǎo)率，最高傳聲速度，最寬透光波段，抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，抗輻射，擊穿電壓高，介

5、 電常數(shù)小，載流子遷移率大，既是電的絕緣體，又是熱的良導(dǎo)體，而摻雜后又可 成為卓越的P型或N型半導(dǎo)體。在現(xiàn)代社會中，金剛石被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)、 科技、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等很多領(lǐng)域當(dāng)中。生產(chǎn)實(shí)踐人造金剛石的合成方法靜壓法指的是通過液壓機(jī)產(chǎn)生壓力，通過固態(tài)傳壓介質(zhì)產(chǎn)生準(zhǔn)靜水壓，并通 電流加熱產(chǎn)生高溫的方法合成金剛石。 該方法可以隨意調(diào)節(jié)保溫保壓時(shí)間， 可以 根據(jù)需要控制晶體粒度、質(zhì)量和晶形等，具有很強(qiáng)的操作性，是目前工業(yè)用磨料 級金剛石合成使用的唯一方法。但是，這種方法要求有一定的高壓高溫裝置系統(tǒng)， 設(shè)備復(fù)雜、龐大，導(dǎo)致合成金剛石的成本過高。金剛石合成工藝參數(shù)的考察以金剛石生長的溶劑理論為根本出發(fā)點(diǎn)，

6、再結(jié)晶石墨控制成核原理為指導(dǎo)原 則，國內(nèi)金剛石單晶生長一般采用圖所示的二階段升壓工藝：首先升壓，當(dāng)壓力 達(dá)到Pl開始加熱，并一次性將加熱功率提高到最大值， 稱壓力Pl為加熱壓力或 送溫壓力。當(dāng)壓力升到 P2時(shí)，停止升壓并在此壓力下保持一段時(shí)間，這個(gè)壓力 稱為臺階壓力，其時(shí)間間隔稱為暫停時(shí)間。再升壓至合成壓力P3又稱終態(tài)壓力。圖 金剛石生長的二階段升壓工藝曲線圖圖 旁熱式組裝（NaCI+20%wtZrO2作絕緣管）的兩階段升壓工藝曲線00.5mm0.5m0.5mm3abcd圖 終壓66Mpa，添加劑硫?qū)饎偸珊说挠绊慳, b, c, d添加劑硫的量分別為 0%, 1%, 2.5%, 5%內(nèi)容二

7、：MOCVD生產(chǎn)GaN的工藝流程認(rèn)識中國科學(xué)院激發(fā)態(tài)物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)唯一專門從事發(fā)光學(xué)及其應(yīng)用研究的開放實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室以超快速和高分辨激光光譜技術(shù)為主要研究手段，以發(fā)光-凝聚態(tài)物質(zhì)中的激發(fā)態(tài)過程為主要研究方向，重點(diǎn)研究光和物質(zhì)的相互作用，激發(fā)態(tài)的 性質(zhì)和新型光電功能材料與器件中的發(fā)光及相關(guān)過程，其目標(biāo)是把實(shí)驗(yàn)室 建設(shè)成出成果、出人才的國際一流發(fā)光研究基地，并為解決新型發(fā)光材料 與器件和信息顯示領(lǐng)域中重大關(guān)鍵技術(shù)問題提供理論指導(dǎo)及有效途徑。MOCVDMOCVD是金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積(Metal-organicChemicalVapor DePosition) 的英文縮寫。MOCV

8、D是在氣相外延生長 (VPE)的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù)它以川族、U族元素的有機(jī)化合物和V、切族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長各種川-V族、n -切族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不銹鋼)反應(yīng)室中進(jìn)行，襯底溫度為 500-1200 C，用射頻感應(yīng)加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方),H2通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長區(qū)。MOCVD技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1) 適用范圍廣泛，幾乎可以生長所有化合物及合金半導(dǎo)體；(2

9、) 非常適合于生長各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；(3) 可以生長超薄外延層，并能獲得很陡的界面過渡(4) 生長易于控制；(5) 可以生長純度很高的材料；(6) 外延層大面積均勻性良好；(7) 可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐MOCVD生產(chǎn)GaN的工藝流程1. 雙向流系統(tǒng) Two-Flow MOCVD Approach水平進(jìn)料氣體為N2、NH3、TMG等氣體，垂直方向進(jìn)料氣體為H2和N2，其目的在于讓外延所成長出的膜均勻且厚度均一，主要原理是利用 垂直方向的 H2和N2氣體將其水平方向的進(jìn)料氣體N2、NH3、TMG等氣體往下壓使其反應(yīng)均勻減少反應(yīng)不均勻而導(dǎo)致影響LED特性。2. 高速垂直流向系統(tǒng) High Sp

10、eed vertical rotati ng type反應(yīng)器為Cold-Wall ，其反應(yīng)之原理為將進(jìn)料氣體Group-川及Group- V氣體由上而下進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)高溫下高速轉(zhuǎn)動的基板、襯底、上進(jìn)行反 應(yīng)，而外延片在 Load Lock部份先進(jìn)抽真空之步驟，可使外延效果均勻及 均一，另外的優(yōu)點(diǎn)為機(jī)臺且在高轉(zhuǎn)速1500rpm 下可使邊界層之 coati ng變薄，反應(yīng)器空間較大可以一次生產(chǎn)六片以上之外延片可做為量產(chǎn)型之機(jī)臺。3. 封閉式旋轉(zhuǎn)盤外延系統(tǒng) Closed space rotatingdisc type此類反應(yīng)器為密閉空間之反應(yīng)器，其反應(yīng)之原理為將進(jìn)料氣體Group-川由上而下進(jìn)入反應(yīng)器

11、，Group- V氣體由水平方向進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。氣體在高溫下、高速轉(zhuǎn)動的基板襯底上進(jìn)行反應(yīng)，而外延片與反應(yīng)器之頂端距離約1cm，這代表可供氣體反應(yīng)的空間只有這么小；可使磊晶效果更加 的均勻及均一。其原因?yàn)橐蛲庋悠c反應(yīng)氣體進(jìn)口之距離不大，其氣體的 反應(yīng)空間不大，遠(yuǎn)比別種反應(yīng)器小了許多，外延的效果比其它的MOCVD機(jī)臺來的不錯(cuò)。4. 放射狀橫向流系統(tǒng)Pla netaryrotati onwith radial horizo ntalflow為Axtrion 公司所所發(fā)明的，其優(yōu)點(diǎn)為在常壓下即可操作且反應(yīng)器可容納七片以上之外延片。而各式各樣的MOCVD機(jī)臺隨著所須求的 LED特色不同而有不同之設(shè)計(jì)。

12、而所要考慮的原因有基材襯底的材質(zhì)、反應(yīng)溫度、 進(jìn)料氣體的影響及一些未知的變因。MOCVD系統(tǒng)組成因?yàn)镸OCVD 生長使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物質(zhì)，并且要生長多組分、大面積、薄層和超薄層異質(zhì)材料。因此在MOCVD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想上，通常要考慮系統(tǒng)密封性，流量、溫度控制要精確，組分變換要 迅速，系統(tǒng)要緊湊等。不同廠家和研究者所產(chǎn)生或組裝的MOCVD設(shè)備是不同的，但一般來說,MOCVD 設(shè)備是由源供給系統(tǒng)、氣體輸運(yùn)和流量控制 系統(tǒng)、反應(yīng)室及溫度控制系統(tǒng)、尾氣處理及安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)、自動操作 及電控系統(tǒng)等組成。1）源供給系統(tǒng)包括川族金屬有機(jī)化合物、V族氫化物及摻雜源的供給。金屬有機(jī)化合物裝在特制

13、的不銹剛的鼓泡器中，由通入的高純H2攜帶輸運(yùn)到反應(yīng)室。為了保證金屬有機(jī)化合物有恒定的蒸汽壓，源瓶置入電子恒溫器中，溫度控 制精度可達(dá)0.2 C以下。氫化物一般是經(jīng)高純 H2稀釋到濃度5% 一 10%后, 裝入鋼瓶中，使用時(shí)再用高純H2稀釋到所需濃度后，輸運(yùn)到反應(yīng)室。摻雜源有兩類，一類是金屬有機(jī)化合物，另一類是氫化物，其輸運(yùn)方法分別與 金屬有機(jī)化合物源和氫化物源的輸運(yùn)相同。2）氣體輸運(yùn)系統(tǒng)氣體的輸運(yùn)管都是不銹鋼管道。為了防止存儲效應(yīng)，管內(nèi)進(jìn)行了電解拋光。管道的接頭用氫弧焊或VCR及Swagelok方式連接，并進(jìn)行正壓檢漏及Snoop液體或He泄漏檢測，保證反應(yīng)系統(tǒng)無泄漏是MOCVD設(shè)備組裝的關(guān)鍵

14、之一。流量是由不同量程、響應(yīng)時(shí)間快、精度高的質(zhì)量流量計(jì)和 電磁閥、氣動閥等來實(shí)現(xiàn)。在真空系統(tǒng)與反應(yīng)室之間設(shè)有過濾器，以防油污或其它顆粒倒吸到反應(yīng)室中。為了迅速變化反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)氣體，而且不引起反應(yīng)室內(nèi)壓力的變化，設(shè)置“ run ”和“ vent ,，管道。3）反應(yīng)室和加熱系統(tǒng)反應(yīng)室是由石英管和石墨基座組成。為了生長組分均勻、超薄層、異質(zhì)結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體材料，各生產(chǎn)廠家和研究者在反應(yīng)室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上下了很大功夫，設(shè)計(jì)出了不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室。石墨基座是由高純石墨制成，并包裹SIC層。加熱多采用高頻感應(yīng)加熱，少數(shù)是輻射加熱。由熱電偶和溫度控制器來控制溫度，一般溫度控制精度可達(dá)到0.2 C或更低。4）尾

15、氣處理系統(tǒng)反應(yīng)氣體經(jīng)反應(yīng)室后大部分熱分解，但還有部分尚未完全分解，因此尾氣不能直接排放到大氣中，必須先進(jìn)行處理，處理方法主要有高溫?zé)峤鉅t再一次熱分解，再用硅油或高錳酸鉀溶液處理；也可以把尾氣直接通入裝有H2SO4+H2O 及裝有NaOH溶液的吸濾瓶處理；也有的把尾氣通入固體 吸附劑中吸附處理，以及用水淋洗尾氣等。5）安全保護(hù)及報(bào)警系統(tǒng)為了安全，一般的 MOCVD系統(tǒng)還備有高純從旁路系統(tǒng)，在斷電或其它原因引起的不能正常工作時(shí)，通入純N2保護(hù)生長的片子或系統(tǒng)內(nèi)的清潔。在停止生長期間也有常通高純N2保護(hù)系統(tǒng)。6）手動和自動控制系統(tǒng)一般MOCVD設(shè)備都具有手動和微機(jī)自動控制操作兩種功能。在控制系統(tǒng)面板

16、上設(shè)有閥門開關(guān)、各個(gè)管路氣體流量、溫度的設(shè)定及數(shù)字顯示，如有問題會自動報(bào)警，是操作者能及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。此外，MOCVD設(shè)備一般都設(shè)在具有強(qiáng)排風(fēng)的工作室內(nèi)。內(nèi)容三 MBE工藝在外延生長認(rèn)識MBE工藝在外延生長的應(yīng)用非常廣泛，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 生長速率低，一般情況下其生長速率為 1阿/ h、1個(gè)單層/s，理論上 可以在原子尺度改變組分與摻雜。(2) 生長溫度低，如生長 GaAs時(shí)的襯底溫度約為550650 C,這樣就可以忽略生長層中的相互擴(kuò)散作用。(3 )可以通過掩模的方法對材料進(jìn)行三維的控制生長。(4) 由于生長工藝在超高真空中進(jìn)行，因此可以在生長室中安裝各種分析設(shè)備，這樣就可以在生長

17、的整個(gè)前后過程對外延層進(jìn)行在位測量和分析。(5) 在現(xiàn)代MBE生長系統(tǒng)中，生長過程可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動化控制。 應(yīng)用范圍。上述優(yōu)點(diǎn)使得MBE可以生長出只有幾個(gè)原子層厚度的多層單晶體結(jié)構(gòu)，得到超晶格和量子阱結(jié)構(gòu)的光電子器件，如：雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器、量子阱激光器、 分布反饋激光器、光學(xué)干涉濾光片和光探測器，等等。對于VCSEL這樣的多層外延結(jié)構(gòu)，采用MBE進(jìn)行外延生長也是非常理想的，使得 VCSEL的光、電性 能得到了很大程度的提高。生產(chǎn)實(shí)踐MBE的結(jié)構(gòu)原理MBE的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。整個(gè)生長過程需要在超真空環(huán)境下進(jìn)行，從加熱的克努森池中產(chǎn)生的分子束流在一個(gè)加熱的單晶襯底上反應(yīng)形成晶體。在每一個(gè)克努森

18、池里的坩鍋中裝有生長層所需要的一種元素或化合物，將坩鍋設(shè)定到合適的溫度，使得分子束流正好能在襯底的表面形成所期望的外延組分。為了保證組分的厚度和均勻性，坩鍋在襯底周圍以圓形排列，并在襯底生長的過程中可以 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在生長時(shí)，組分和摻雜的連續(xù)性變化可以由連續(xù)改變各個(gè)坩鍋的溫度 來實(shí)現(xiàn)，而組分的突變則是通過在每一個(gè)坩鍋入口處的機(jī)械閥門的開、關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。在生長過程中，坩鍋和襯底的附近需要有液氮冷凝裝置， 以減少生長層中的 非故意摻雜，即減少生長室中的本底摻雜濃度。開-關(guān)閥門圖分子束外延（MBE）設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖MBE的真空系統(tǒng)由3個(gè)相互隔開的真空室（生長室、預(yù)各室和速裝室）組成。在將襯底樣品材料和樣

19、品臺由外界裝入生長室的過程中， 首先要進(jìn)入速裝室，在100 C加熱10個(gè)小時(shí)以上，以去掉大部分襯底和載體上所吸附的氣體。 之后, 將襯底和樣品臺送入預(yù)備室，在 400 C加熱2h以上，去掉殘留氣體。當(dāng)預(yù)備室 內(nèi)氣壓降至Pv 10 (-10)torr時(shí)，再送入生長室中進(jìn)行外延生長。襯底加熱器可以給樣品臺提供一個(gè)穩(wěn)定、 均勻而且重復(fù)性很好的溫場。當(dāng)襯 底加熱器兩次測量的溫度相同時(shí)，襯底的實(shí)際溫差控制在土 5C之內(nèi)。襯底加熱 器在垂直于分子束流的平面上旋轉(zhuǎn)，以確保外延層生長均勻。為了防止在生長方向上的成分起伏，需使襯底的旋轉(zhuǎn)周期與單層的生長時(shí)間相對應(yīng)，這就要求轉(zhuǎn)速 要高于60轉(zhuǎn)/分。內(nèi)容四霍爾效應(yīng)的

20、原理認(rèn)識霍爾效應(yīng)的原理導(dǎo)體中的電荷在電場作用下沿電流方向運(yùn)動， 由于存在垂直于電流方向的磁 場，電荷受到洛倫茲力，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的方向垂直于電流方向和磁場方向，而 且正電荷和負(fù)電荷偏轉(zhuǎn)的方向相反，這樣就產(chǎn)生了電勢差。正電荷與負(fù)電荷偏轉(zhuǎn)的方向是相同的， 只是因?yàn)閷?dǎo)體中導(dǎo)電的是電子，所以 只有電子偏轉(zhuǎn)，才會有在兩面有電壓。在半導(dǎo)體中，有兩種載流子（空穴與自由電子），而它們的偏轉(zhuǎn)方向是相同 的，產(chǎn)生的電壓也只是多數(shù)載流子與少數(shù)載流子之差，即表現(xiàn)了多數(shù)載流子的效果。正是因?yàn)檫@樣，所以才能利用霍爾效應(yīng)來判斷 N、P型半導(dǎo)體。另外，導(dǎo)體能夠?qū)щ?，是?dǎo)體中的電子在外電場作用下作定向運(yùn)動的結(jié)果，但一般并不會說

21、來固體導(dǎo)電就是全靠電子， 因?yàn)樵谠拥哪軒ЫY(jié)構(gòu)里面，在價(jià)帶 中（導(dǎo)體的價(jià)帶是半滿帶）電子可以在外電場的作用下作定向運(yùn)動， 而因?yàn)閷?dǎo)體 的價(jià)帶中電子是半滿的，所以才不分少子和多子，也就是大家習(xí)慣說的“導(dǎo)體中 導(dǎo)電的是電子”。但是對于半導(dǎo)體甚至絕緣體，在價(jià)帶是滿帶，也就是全被電子 所占據(jù)，在一定的條件先，價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶中，成為自由電子，而在價(jià) 帶中留下一些“空洞”，這些“空洞”我們習(xí)慣成“空穴”（也就是大家平常說 的“正電子”，它帶正電），但實(shí)質(zhì)上，是沒有空穴這種東西的，只不過是在半 導(dǎo)體中，為了簡單化的描述它的一些特性或原理， 大家喜歡用數(shù)量小的東西去描 述，以簡單化，才出來“空穴”這個(gè)

22、東西。但話說回來，如果從最最本質(zhì)的導(dǎo)電原理來說，確實(shí)導(dǎo)電都是電子做定向運(yùn)動的結(jié)果，但我們一般不會這么說。但是你說兩種載流子的偏轉(zhuǎn)方向相同，這肯定不對，他們一個(gè)帶正電，一個(gè)負(fù)電， 受到的力的作用剛好相反。但是兩種載流子的速度方向是相反的， 所以綜合起來若電流方向確定，不同 載流子（空穴與電子）受到的力是同一方向的，偏轉(zhuǎn)方向相同，但由于帶電類型 不同，故兩種情況AB電勢差正負(fù)相反。故因此可通過測 AB兩端電壓極性，判 斷材料導(dǎo)電類型（如N型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子，P型多數(shù)載流子為空穴）， 由上圖就可以得到很好的闡釋 。內(nèi)容五磁控濺射應(yīng)用認(rèn)識濺射現(xiàn)象用帶有幾十電子伏能量的粒子轟擊材料表面時(shí)， 材料將

23、被激發(fā)為氣態(tài)，利用 這種現(xiàn)象可以對材料進(jìn)行表面的鍍膜、刻蝕、清洗和表面分析。由于離子易于在 電磁場中加速或偏轉(zhuǎn)，所以荷能粒子一般為離子。當(dāng)離子轟擊靶材表面時(shí)會產(chǎn)生 許多效應(yīng)。除了靶材的原子和分子最終參與成膜之外，其它效應(yīng)對膜的生長也產(chǎn) 生很大的影響。濺射機(jī)理入射離子轟擊靶面時(shí)，將其部分能量傳輸給表層晶格原子，引起靶材中原子 的運(yùn)動。有的原子獲得能量后從晶格處移位，并克服了表面勢壘直接發(fā)生濺射； 有的不能脫離晶格的束縛，只能在原位做振動并波及周圍原子，結(jié)果使靶的溫度 升高；而有的原子獲得足夠大的能量后產(chǎn)生一次反沖， 將其臨近的原子碰撞移位， 反沖繼續(xù)下去產(chǎn)生高次反沖，這一過程稱為級聯(lián)碰撞。級聯(lián)碰

24、撞的結(jié)果是部分原 子達(dá)到表面，克服勢壘逸出，這就形成了級聯(lián)濺射，這就是濺射機(jī)理。當(dāng)級聯(lián)碰 撞范圍內(nèi)反沖原子密度不高時(shí)，動態(tài)反沖原子彼此間的碰撞可以忽略， 這就是線 性級聯(lián)碰撞。生產(chǎn)實(shí)踐濺射方法1. 二極濺射直流二極濺射裝置由陰、陽極組成。用膜材（導(dǎo)體）制成的靶作為陰極，放置 被鍍件的工件架作為陽極（接地），兩極間距一般為數(shù)厘米至十厘米左右。當(dāng)真空 室內(nèi)電場強(qiáng)度達(dá)到一定值后，兩極間產(chǎn)生異常輝光放電。等離子區(qū)中的Ar +離子被加速而轟擊陰極靶，被濺射出的靶材原子在基體上沉積形成薄膜。如采用射頻電源作為靶陰極電源，又可做成二極射頻濺射裝置，這種裝置可以濺射絕緣 材料。2. 三極濺射二極濺射方法雖然簡

25、單，但放電不穩(wěn)定，而且沉積速率低。為了提高濺射速 率以及改善膜層質(zhì)量，人們在二極濺射裝置的基礎(chǔ)上附加熱陰極， 制作出三極濺 射裝置。三極濺射中，等離子體的密度可以通過改變電子發(fā)射電流和加速電壓來 控制。離子對靶材的轟擊能量可以用靶電壓加以控制，從而解決了二極濺射中靶 電壓、靶電流和氣壓之間相互制約的矛盾。三極濺射的缺點(diǎn)在于放電不穩(wěn)定，等 離子體密度不均勻引起的膜厚不均勻。為此，在三極濺射的基礎(chǔ)上又加了一個(gè)輔 助陽極，這就形成了四極濺射。3. 磁控濺射磁控濺射又稱為高速低溫濺射。在磁場約束及增強(qiáng)下的等離子體中的工作氣 體離子(如Ar + )，在靶陰極電場的加速下，轟擊陰極材料，使材料表面的原 子或分子飛離靶面，穿越等離子體區(qū)以后在基片表面淀積、遷移最終形成薄膜。磁控濺射源在結(jié)構(gòu)上必須具備兩個(gè)基本條件：(1) 建立與電場垂直的磁場；(2) 磁場方向與陰極表面平行，并組成環(huán)形磁場。技術(shù)的應(yīng)用1. 制備薄膜磁頭的耐磨損氧化膜硬盤磁頭進(jìn)行讀寫操作時(shí)與硬盤表面產(chǎn)生滑動摩擦，為了減小摩擦力及提高 磁頭壽命，目前磁頭正向薄膜化方向發(fā)展。絕緣膜和保護(hù)膜是薄膜磁頭主要構(gòu)成 成份。對薄膜磁頭的耐磨損膜的要求是耐沖擊性好，耐磨性好，有適當(dāng)?shù)目杉庸ば砸约凹庸ぷ冃涡。ǔ２捎梅磻?yīng)濺射法制備該種薄膜。為了防止基片升溫過高， 濺射