物理氣相沉積

1、薄薄膜物理氣相沉膜物理氣相沉積積一、真空蒸發(fā)沉積的物理原理一、真空蒸發(fā)沉積的物理原理 在在真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)物質(zhì)提供足夠的熱量以獲得蒸真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)物質(zhì)提供足夠的熱量以獲得蒸發(fā)所必須的蒸汽壓，在適當(dāng)?shù)臏囟认拢舭l(fā)粒子在基片上凝發(fā)所必須的蒸汽壓，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，蒸發(fā)粒子在基片上凝結(jié)形成薄膜。結(jié)形成薄膜。 真空蒸發(fā)就是利用蒸發(fā)材料在高溫時所具有的飽和蒸汽真空蒸發(fā)就是利用蒸發(fā)材料在高溫時所具有的飽和蒸汽壓進行薄膜制備。壓進行薄膜制備。薄薄膜制備技術(shù)膜制備技術(shù)-蒸發(fā)法蒸發(fā)法二、真空蒸發(fā)的設(shè)備二、真空蒸發(fā)的設(shè)備真空蒸發(fā)設(shè)備示意圖如下圖所示真空蒸發(fā)設(shè)備示意圖如下圖所示真空蒸發(fā)設(shè)備主要由三部分組成：

2、真空蒸發(fā)設(shè)備主要由三部分組成：1. 1. 真空系統(tǒng)：為蒸發(fā)過程提供真空環(huán)境真空系統(tǒng)：為蒸發(fā)過程提供真空環(huán)境2. 2. 蒸發(fā)系統(tǒng)：放置蒸發(fā)源的裝置，以及加熱和蒸發(fā)系統(tǒng)：放置蒸發(fā)源的裝置，以及加熱和測溫測溫裝置裝置3. 3. 基板及加熱系統(tǒng)：該系統(tǒng)是用來放基板及加熱系統(tǒng)：該系統(tǒng)是用來放置襯置襯底，對襯底加底，對襯底加熱及測溫裝置熱及測溫裝置二、真空蒸發(fā)的設(shè)備二、真空蒸發(fā)的設(shè)備 真空蒸發(fā)制備薄膜的三個基本過程真空蒸發(fā)制備薄膜的三個基本過程: :1.1.加熱蒸發(fā)過程：對蒸發(fā)源加熱，使其溫度接近或達到蒸發(fā)材加熱蒸發(fā)過程：對蒸發(fā)源加熱，使其溫度接近或達到蒸發(fā)材料的熔點，蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相料的熔點

3、，蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相2.2.氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運過程。在這一過氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運過程。在這一過程中，原子或分子與真空室內(nèi)的殘余氣體分子碰撞程中，原子或分子與真空室內(nèi)的殘余氣體分子碰撞3.3.被蒸發(fā)的原子或分子在襯底表面的沉積過程。原子或分子到被蒸發(fā)的原子或分子在襯底表面的沉積過程。原子或分子到達基片后凝結(jié)、成核、生長、成膜達基片后凝結(jié)、成核、生長、成膜二、真空蒸發(fā)的設(shè)備二、真空蒸發(fā)的設(shè)備三、汽化熱和蒸汽壓三、汽化熱和蒸汽壓 汽化熱：汽化熱： 真空蒸發(fā)系統(tǒng)中的熱源將蒸發(fā)源材料加熱到足夠真空蒸發(fā)系統(tǒng)中的熱源將蒸發(fā)源材料加熱到足夠高的溫度，使其原子或分

4、子獲得足夠高的能量，克服高的溫度，使其原子或分子獲得足夠高的能量，克服固相原子的束縛而蒸發(fā)到真空中，并形成具有一定動固相原子的束縛而蒸發(fā)到真空中，并形成具有一定動能的氣相原子或分子，這個能量就是汽化熱。能的氣相原子或分子，這個能量就是汽化熱。 物質(zhì)的飽和蒸氣壓物質(zhì)的飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)的蒸汽與固態(tài)或液態(tài)相平衡時所呈現(xiàn)的壓力。質(zhì)的蒸汽與固態(tài)或液態(tài)相平衡時所呈現(xiàn)的壓力。 物質(zhì)的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大，一定的飽和物質(zhì)的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大，一定的飽和蒸氣壓則對應(yīng)著一定的溫度。規(guī)定物質(zhì)在飽和蒸氣壓蒸氣壓則對應(yīng)著一定的溫度。規(guī)定物質(zhì)在飽和

5、蒸氣壓為為1.3Pa1.3Pa時的溫度，稱為該物質(zhì)的蒸發(fā)溫度。時的溫度，稱為該物質(zhì)的蒸發(fā)溫度。三、汽化熱和蒸汽壓三、汽化熱和蒸汽壓 在一定溫度下，每種液體或固體物質(zhì)都具有特定的平衡在一定溫度下，每種液體或固體物質(zhì)都具有特定的平衡蒸汽壓。當(dāng)被蒸發(fā)物質(zhì)的分氣壓降低到了它的平衡蒸汽壓蒸汽壓。當(dāng)被蒸發(fā)物質(zhì)的分氣壓降低到了它的平衡蒸汽壓以下，才可能有物質(zhì)的凈蒸發(fā)。單位源物質(zhì)表面上物質(zhì)的以下，才可能有物質(zhì)的凈蒸發(fā)。單位源物質(zhì)表面上物質(zhì)的凈蒸發(fā)速率為：凈蒸發(fā)速率為： mkTPPAdtdNhe2)（四、物質(zhì)的蒸發(fā)速率四、物質(zhì)的蒸發(fā)速率推出由nRTPVMRTvmol8單位物質(zhì)表面的質(zhì)量蒸發(fā)速度單位物質(zhì)表面的質(zhì)量

6、蒸發(fā)速度: :TMppRTMPPmhehee)(1083. 52)2（p pe e為平衡蒸汽壓，為平衡蒸汽壓，p ph h為實際分氣壓為實際分氣壓。四、物質(zhì)的蒸發(fā)速率四、物質(zhì)的蒸發(fā)速率 1、元素的蒸汽壓、元素的蒸汽壓 克勞修斯克勞修斯-克萊普朗方程：克萊普朗方程： 物質(zhì)平衡蒸汽壓物質(zhì)平衡蒸汽壓P隨溫度的變化率為：隨溫度的變化率為： 五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 素的熱焓的變化為蒸發(fā)過程中每摩爾元HRTHPVTHdTdP2 V為在蒸發(fā)過程中物質(zhì)所擁有的體積的變化，近似等于反應(yīng)室的體積。為在蒸發(fā)過程中物質(zhì)所擁有的體積的變化，近似等于反應(yīng)室的體積。RTHeeBeP

7、IRTHPlnlgPlgP與與1/T1/T基本滿足線性關(guān)系基本滿足線性關(guān)系 利用物質(zhì)在一定溫度時的汽化熱利用物質(zhì)在一定溫度時的汽化熱 HeHe代替代替 H H，得到近似表達式。得到近似表達式。五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 圖圖2.1 a 元素的平衡蒸汽壓隨溫度的變化曲線元素的平衡蒸汽壓隨溫度的變化曲線（點表示相應(yīng)元素的熔點）（點表示相應(yīng)元素的熔點）五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 液相蒸發(fā)液相蒸發(fā)對大多數(shù)金屬，溫度達到熔點對大多數(shù)金屬，溫度達到熔點時，其平衡氣壓低于時，其平衡氣壓低于1010-1 -1 Pa,Pa,需將物質(zhì)加熱

8、到熔點以上需將物質(zhì)加熱到熔點以上 固相升華固相升華在熔點附近，固體的平衡蒸汽在熔點附近，固體的平衡蒸汽壓已相對較高，如壓已相對較高，如 Cr, Ti, Cr, Ti, Mo, Fe, SiMo, Fe, Si等，可以直接利用等，可以直接利用由固態(tài)物質(zhì)的升華，實現(xiàn)物質(zhì)由固態(tài)物質(zhì)的升華，實現(xiàn)物質(zhì)的氣相沉積的氣相沉積圖圖2.1b 2.1b 半導(dǎo)體元素的平衡蒸汽壓隨溫度的半導(dǎo)體元素的平衡蒸汽壓隨溫度的 變化曲線（點標(biāo)為相應(yīng)元素的熔點）變化曲線（點標(biāo)為相應(yīng)元素的熔點）五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 2、化合物的蒸發(fā)、化合物的蒸發(fā) 化合物蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其

9、固態(tài)或化合物蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液態(tài)的成分，各元素間將發(fā)生化合或分解過程：液態(tài)的成分，各元素間將發(fā)生化合或分解過程：五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 3、金屬合金的蒸發(fā)、金屬合金的蒸發(fā) 金屬合金的蒸發(fā)也會發(fā)生成分的偏離，但合金中原子間的結(jié)合金屬合金的蒸發(fā)也會發(fā)生成分的偏離，但合金中原子間的結(jié)合力小于化合物中原子間的結(jié)合力，實際蒸發(fā)過程可視為各元素獨力小于化合物中原子間的結(jié)合力，實際蒸發(fā)過程可視為各元素獨立蒸發(fā)過程，可由熱力學(xué)定律來描述：立蒸發(fā)過程，可由熱力學(xué)定律來描述：n理想合金理想合金AB：A-B間的作用能等于間的作用能等于A-A 或或B-

10、B的作用能的作用能.n拉烏爾定律：平衡蒸汽壓正比于純組元蒸汽壓，系數(shù)為摩爾分數(shù)拉烏爾定律：平衡蒸汽壓正比于純組元蒸汽壓，系數(shù)為摩爾分數(shù) PA = APA(0) ；PB = BPB(0) ； PA(0) 、PB(0)分別為純組元分別為純組元A、B的平衡蒸氣壓，的平衡蒸氣壓， A、 B分別為分別為 A、B 組元在合金中的摩爾分數(shù)。組元在合金中的摩爾分數(shù)。 因此，即使對于理想合金因此，即使對于理想合金A、B兩組元的蒸氣壓之比，或蒸發(fā)速度兩組元的蒸氣壓之比，或蒸發(fā)速度之比，不等于合金中的元素摩爾分數(shù)之比，出現(xiàn)成分分離。之比，不等于合金中的元素摩爾分數(shù)之比，出現(xiàn)成分分離。 五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特

11、點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 實際合金的蒸氣壓之比更加偏離合金中的原始組分之比。實際合金的蒸氣壓之比更加偏離合金中的原始組分之比。 PA = A APA(0) ；PB = B BPB(0) ； A， B 分別為元素分別為元素A、B在合金中的活度系數(shù)在合金中的活度系數(shù) 合金中合金中A、B組元的蒸發(fā)速率之比為組元的蒸發(fā)速率之比為 對于初始成分確定的蒸發(fā)源，易于蒸發(fā)的組元優(yōu)先蒸發(fā)，造成該對于初始成分確定的蒸發(fā)源，易于蒸發(fā)的組元優(yōu)先蒸發(fā)，造成該組元的不斷貧發(fā)，造成該組元的蒸發(fā)速率下降。組元的不斷貧發(fā)，造成該組元的蒸發(fā)速率下降。 實際采取的措施：實際采取的措施：采用雙源或多源，分別加熱至不同溫度來

12、控制采用雙源或多源，分別加熱至不同溫度來控制每一組元的蒸發(fā)速率。每一組元的蒸發(fā)速率。ABBBBAAABAMMPxPx)0()0(五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 4 4、多組分薄膜的蒸發(fā)方法、多組分薄膜的蒸發(fā)方法 利用蒸發(fā)法制備多組分薄膜的方法主要有三種方法利用蒸發(fā)法制備多組分薄膜的方法主要有三種方法（1 1）單源蒸發(fā)法：）單源蒸發(fā)法：先按薄膜組分比例的要求制成合金靶，然后先按薄膜組分比例的要求制成合金靶，然后 對合金靶進行蒸發(fā)、沉積形成固態(tài)薄膜?；疽笫呛辖鸢袑辖鸢羞M行蒸發(fā)、沉積形成固態(tài)薄膜?；疽笫呛辖鸢兄懈鹘M分材料的蒸汽壓比較接近。中各組分材料的蒸汽

13、壓比較接近。（2 2）多源同時蒸發(fā)法：）多源同時蒸發(fā)法：利用多個坩堝，在每個坩堝中放入薄膜利用多個坩堝，在每個坩堝中放入薄膜所需的一種材料，在不同溫度下同時蒸發(fā)。所需的一種材料，在不同溫度下同時蒸發(fā)。 （3 3）多源順序蒸發(fā)法：）多源順序蒸發(fā)法：把薄膜所需材料放在不同坩堝中，但把薄膜所需材料放在不同坩堝中，但不是同時蒸發(fā)，而是按順序蒸發(fā)，并根據(jù)薄膜組分控制相應(yīng)不是同時蒸發(fā)，而是按順序蒸發(fā)，并根據(jù)薄膜組分控制相應(yīng)的層厚，然后通過高溫退火形成需要的多組分薄膜。的層厚，然后通過高溫退火形成需要的多組分薄膜。五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的

14、特點五、元素、化合物、合金蒸發(fā)的特點 六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 隨隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，不但對沉積的薄膜質(zhì)量著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，不但對沉積的薄膜質(zhì)量要求越來越高，而且要沉積的薄膜種類也越來越多。目前已要求越來越高，而且要沉積的薄膜種類也越來越多。目前已有各種不同類型的真空蒸發(fā)設(shè)備。根據(jù)不同的目的，從簡單有各種不同類型的真空蒸發(fā)設(shè)備。根據(jù)不同的目的，從簡單的電阻加熱蒸發(fā)到極為復(fù)雜的分子束外延設(shè)備。主要有：的電阻加熱蒸發(fā)到極為復(fù)雜的分子束外延設(shè)備。主要有：n電阻式加熱蒸發(fā)電阻式加熱蒸發(fā)n電子束加熱蒸發(fā)電子束加熱蒸發(fā)n激光加熱蒸發(fā)激光加熱蒸發(fā)n電弧加熱蒸發(fā)電弧加熱蒸發(fā)n高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)

15、高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)1、電阻式加熱蒸發(fā)、電阻式加熱蒸發(fā)n普通電阻加熱：普通電阻加熱： 利用一些高熔點、低蒸氣壓的金屬（利用一些高熔點、低蒸氣壓的金屬（W，Mo, Ta等）制等）制成各種形狀的加熱器；一方面作為加熱，同時支撐被加成各種形狀的加熱器；一方面作為加熱，同時支撐被加熱的物質(zhì)。（低壓大電流）熱的物質(zhì)。（低壓大電流）六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 加熱裝置的分類和特點：加熱裝置的分類和特點：（1 1）絲狀（）絲狀（0.05-0.13cm)0.05-0.13cm)，蒸發(fā)物潤濕電阻絲，通過表面，蒸發(fā)物潤濕電阻絲，通過表面 張張力得到支撐。只能蒸發(fā)金屬

16、或合金；有限的蒸發(fā)材料被蒸發(fā)；力得到支撐。只能蒸發(fā)金屬或合金；有限的蒸發(fā)材料被蒸發(fā)；蒸發(fā)材料必須潤濕加熱絲；加熱絲容易變脆。蒸發(fā)材料必須潤濕加熱絲；加熱絲容易變脆。（2 2）凹箔：蒸發(fā)源為粉末。）凹箔：蒸發(fā)源為粉末。（3 3）錐形絲筐蒸發(fā)小塊電介質(zhì)或金屬。）錐形絲筐蒸發(fā)小塊電介質(zhì)或金屬。六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 缺點缺點（1 1）加熱裝置與蒸發(fā)物會反應(yīng)）加熱裝置與蒸發(fā)物會反應(yīng)（2 2）難以蒸發(fā)電介質(zhì)材料（）難以蒸發(fā)電介質(zhì)材料（AlAl2 2O O3 3,Ta,Ta2 2O O5 5,TiO,TiO2 2等）等）（3 3）蒸發(fā)率低）蒸發(fā)率低（4 4）加熱蒸發(fā)時合金和化合物會分解。）加熱蒸發(fā)時合

17、金和化合物會分解。六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源2、電子束加熱裝置及特點、電子束加熱裝置及特點n電子束通過電子束通過5-10KV 的電場后被加速，的電場后被加速，然后聚焦到被蒸發(fā)的材料表面，把能然后聚焦到被蒸發(fā)的材料表面，把能量傳遞給待蒸發(fā)的材料使其熔量傳遞給待蒸發(fā)的材料使其熔 化并蒸發(fā)?；⒄舭l(fā)。n無污染：與坩堝接觸的待蒸發(fā)材料保無污染：與坩堝接觸的待蒸發(fā)材料保持固態(tài)不變，蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反持固態(tài)不變，蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應(yīng)的可能性很小。（坩堝水冷）應(yīng)的可能性很小。（坩堝水冷）電子束蒸發(fā)裝置示意圖電子束蒸發(fā)裝置示意圖六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 難熔物質(zhì)難熔物質(zhì)的蒸發(fā)：的蒸發(fā)： 適合制備適合制備

18、高純，難熔物質(zhì)高純，難熔物質(zhì)薄膜薄膜 可同時安置多個坩堝，同時或分別蒸發(fā)多種不同物質(zhì)?？赏瑫r安置多個坩堝，同時或分別蒸發(fā)多種不同物質(zhì)。 大部分電子束蒸發(fā)系統(tǒng)采用磁聚焦或磁彎曲電子束，蒸發(fā)物大部分電子束蒸發(fā)系統(tǒng)采用磁聚焦或磁彎曲電子束，蒸發(fā)物質(zhì)放在水冷坩堝內(nèi)，可以制備光學(xué)、電子和光電子領(lǐng)域的薄質(zhì)放在水冷坩堝內(nèi)，可以制備光學(xué)、電子和光電子領(lǐng)域的薄膜材料。膜材料。 如如MoMo、TaTa、NbNb、MgFMgF2 2、GaGa2 2TeTe3 3、TiOTiO2 2、AlAl2 2O O3 3、SnOSnO2 2、SiSi等等。等等。2 2、電子束加熱裝置及特點、電子束加熱裝置及特點六六、真真空蒸發(fā)

19、源空蒸發(fā)源3 3、激光加熱蒸發(fā)、激光加熱蒸發(fā) 利用激光作為熱源使待蒸發(fā)材料蒸發(fā)。利用激光作為熱源使待蒸發(fā)材料蒸發(fā)。 激光蒸發(fā)屬于在高真空條件下制備薄膜的技術(shù)。激光源激光蒸發(fā)屬于在高真空條件下制備薄膜的技術(shù)。激光源放在真空室外邊，激光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)材放在真空室外邊，激光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)材料上使其蒸發(fā)，沉積在襯底上。料上使其蒸發(fā)，沉積在襯底上。 適合制備高純，難熔物質(zhì)薄膜適合制備高純，難熔物質(zhì)薄膜六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源激光蒸發(fā)示意圖激光蒸發(fā)示意圖3 3、激光加熱蒸發(fā)、激光加熱蒸發(fā)六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 可用來制備光學(xué)薄膜可用來制備光學(xué)薄膜 S

20、b Sb2 2S S3 3, ZnTe, MoO, ZnTe, MoO3 3, PbTe, Ge, , PbTe, Ge, SiSi 制備陶瓷薄膜：制備陶瓷薄膜：AlAl2 2O O3 3, Si, Si3 3N N4 4, , 氧化物薄膜：氧化物薄膜：SnOSnO2 2，ZnOZnO 超導(dǎo)薄膜超導(dǎo)薄膜YBCOYBCO 注：注：Sb(Sb(銻銻ti) Te(ti) Te(碲）碲）3 3、激光加熱蒸發(fā)、激光加熱蒸發(fā)六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源4、電弧加熱蒸發(fā)、電弧加熱蒸發(fā)n利用電弧放電加熱利用電弧放電加熱n無污染無污染n適合制備適合制備高純，難熔導(dǎo)電物質(zhì)高純，難熔導(dǎo)電物質(zhì)薄膜薄膜n缺點：產(chǎn)生微米級

21、的電極顆粒缺點：產(chǎn)生微米級的電極顆粒n原理：用欲蒸發(fā)的材料做電極，通過調(diào)原理：用欲蒸發(fā)的材料做電極，通過調(diào)節(jié)真空室內(nèi)電極間的距離來點燃電弧，節(jié)真空室內(nèi)電極間的距離來點燃電弧，而瞬間的高溫電弧將使電極端部產(chǎn)生蒸而瞬間的高溫電弧將使電極端部產(chǎn)生蒸發(fā)從而實現(xiàn)薄膜的沉積發(fā)從而實現(xiàn)薄膜的沉積真空室真空室電極電極襯底襯底六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源 在較低的反應(yīng)氣體壓強下，經(jīng)電弧蒸發(fā)可得到一些陶在較低的反應(yīng)氣體壓強下，經(jīng)電弧蒸發(fā)可得到一些陶瓷薄膜。如在氮氣氛下，對金屬瓷薄膜。如在氮氣氛下，對金屬TiTi和和ZrZr（鋯）起弧制（鋯）起弧制的的TiNTiN和和ZrNZrN薄膜，在氧氣氛下，薄膜，在氧氣氛下，A

22、lAl起弧制得氧化鋁薄起弧制得氧化鋁薄膜。膜。4 4、電弧加熱蒸發(fā)、電弧加熱蒸發(fā)六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源5 5、高頻感應(yīng)加熱：、高頻感應(yīng)加熱： 在在高頻初級感應(yīng)線圈的作用下，通過坩堝或被加高頻初級感應(yīng)線圈的作用下，通過坩堝或被加熱物質(zhì)本身的感生電流加熱實現(xiàn)對源物質(zhì)的加熱。熱物質(zhì)本身的感生電流加熱實現(xiàn)對源物質(zhì)的加熱。（高頻高壓小電流）（高頻高壓小電流）六六、真真空蒸發(fā)源空蒸發(fā)源七、真空蒸發(fā)法的優(yōu)缺點七、真空蒸發(fā)法的優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點： 設(shè)備簡單，操作容易，所制備的薄膜純度比較高，厚設(shè)備簡單，操作容易，所制備的薄膜純度比較高，厚度控制比較準確，成膜速率度控制比較準確，成膜速率快快。 缺點：缺點：

23、 薄膜與襯底附著力較小，工藝重復(fù)性不理想，臺階覆薄膜與襯底附著力較小，工藝重復(fù)性不理想，臺階覆蓋能力差。蓋能力差。5 5、高頻感應(yīng)加熱：、高頻感應(yīng)加熱：薄薄膜沉積的厚度均勻性和純度膜沉積的厚度均勻性和純度一、薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng)一、薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng) 物質(zhì)蒸發(fā)過程中，被蒸發(fā)原子的運動具有明顯的方向性。物質(zhì)蒸發(fā)過程中，被蒸發(fā)原子的運動具有明顯的方向性。 蒸發(fā)原子運動的方向性對沉積的薄膜的均勻性以及其微觀組蒸發(fā)原子運動的方向性對沉積的薄膜的均勻性以及其微觀組織都會產(chǎn)生影響?？椂紩a(chǎn)生影響。 物質(zhì)的蒸發(fā)源有不同形狀。襯底較遠，尺寸較小的蒸發(fā)源可物質(zhì)的蒸發(fā)源有不同形狀。襯底較遠，尺寸較小

24、的蒸發(fā)源可以被認為是點蒸發(fā)源。設(shè)想被蒸發(fā)的物質(zhì)是由表面積為以被認為是點蒸發(fā)源。設(shè)想被蒸發(fā)的物質(zhì)是由表面積為AeAe的的小球面上均勻地發(fā)射出來的。小球面上均勻地發(fā)射出來的。一、薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng)一、薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng)蒸發(fā)出來的物質(zhì)總量蒸發(fā)出來的物質(zhì)總量MeMe應(yīng)等于應(yīng)等于MeMedAdAe edtdtAAe et t其中，其中，是物質(zhì)質(zhì)量蒸發(fā)速度，；是物質(zhì)質(zhì)量蒸發(fā)速度，；dAdAe e為蒸發(fā)源的表面積元；為蒸發(fā)源的表面積元；t t為時間。為時間。只有運動方向處于襯底所在空間角內(nèi)的蒸發(fā)原子才會落在襯底上。由于只有運動方向處于襯底所在空間角內(nèi)的蒸發(fā)原子才會落在襯底上。由于已經(jīng)假設(shè)蒸發(fā)

25、源為一點源，因而襯底面積元已經(jīng)假設(shè)蒸發(fā)源為一點源，因而襯底面積元dAsdAs上沉積的物質(zhì)量取決于上沉積的物質(zhì)量取決于其對應(yīng)的空間角的大小，即襯底上沉積的物質(zhì)的質(zhì)量密度為其對應(yīng)的空間角的大小，即襯底上沉積的物質(zhì)的質(zhì)量密度為dMdMs s/dA/dAs s=M=Me ecos/4rcos/4r2 2-襯底表面法線與空間方向間的偏離角度；襯底表面法線與空間方向間的偏離角度；r-r-蒸發(fā)源與襯底間距離。蒸發(fā)源與襯底間距離。薄薄膜沉積的厚度均勻性和純度膜沉積的厚度均勻性和純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純度 薄膜的純度是制備薄膜材料時十分關(guān)心的問題。在蒸發(fā)沉薄膜的純度是制備薄膜材料時十分關(guān)心

26、的問題。在蒸發(fā)沉積時，薄膜的純度將取決于：積時，薄膜的純度將取決于：（）蒸發(fā)源物質(zhì)的純度；（）蒸發(fā)源物質(zhì)的純度；（）加熱裝置、坩堝等可能造成的污染；（）加熱裝置、坩堝等可能造成的污染；（）真空系統(tǒng)中殘留的氣體。（）真空系統(tǒng)中殘留的氣體。 前面兩個因素的影響可以依靠使用高純物質(zhì)作為蒸發(fā)源以及前面兩個因素的影響可以依靠使用高純物質(zhì)作為蒸發(fā)源以及改善蒸發(fā)裝置的設(shè)計得以避免，而后一個因素則需要從改善改善蒸發(fā)裝置的設(shè)計得以避免，而后一個因素則需要從改善設(shè)備的真空條件入手來加以解決。設(shè)備的真空條件入手來加以解決。薄薄膜沉積的厚度均勻性和純度膜沉積的厚度均勻性和純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純

27、度 u在沉積的過程中，殘余氣體的分子和蒸發(fā)物質(zhì)的原子將分別在沉積的過程中，殘余氣體的分子和蒸發(fā)物質(zhì)的原子將分別射向襯底，并可能同時沉積在襯底上。蒸發(fā)物質(zhì)的原子的沉射向襯底，并可能同時沉積在襯底上。蒸發(fā)物質(zhì)的原子的沉積速率為積速率為G=NG=NA AS/MS/MA Au其量綱為原子數(shù)其量綱為原子數(shù)/cm/cm2 2ss。為沉積物質(zhì)的密度；為沉積物質(zhì)的密度；s s為厚度沉為厚度沉積速率。殘余氣體分子的沉積速率可以借助式積速率。殘余氣體分子的沉積速率可以借助式求出。求出。u求出氣體雜質(zhì)在沉積物中的濃度為求出氣體雜質(zhì)在沉積物中的濃度為C=P MC=P MA A/N/NA AS(2MS(2Mg gRT)

28、RT)1/21/2 M MA A和和M Mg g分別為蒸發(fā)物質(zhì)和殘余氣體的相對原子質(zhì)量；分別為蒸發(fā)物質(zhì)和殘余氣體的相對原子質(zhì)量；是殘余氣體的壓強。是殘余氣體的壓強。薄薄膜沉積的厚度均勻性和純度膜沉積的厚度均勻性和純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純度二、蒸發(fā)沉積薄膜的純度 由由上式可以看出，沉積物質(zhì)中雜質(zhì)的含量與殘余氣體上式可以看出，沉積物質(zhì)中雜質(zhì)的含量與殘余氣體的壓強成正比，與薄膜的沉積速度的壓強成正比，與薄膜的沉積速度s s成反比。成反比。 薄薄膜沉積的厚度均勻性和純度膜沉積的厚度均勻性和純度 濺射法是利用帶有電荷的離子在電場中加速后具有一定動能的特點，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)做成的靶電極。在離子能量

29、合適的情況下，入射離子在與靶表面原子碰撞過程中將后者濺射出來。這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方向射向襯底，實現(xiàn)薄膜的沉積。薄薄膜制備技術(shù)膜制備技術(shù)- -濺射法濺射法 由濺射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)到離子濺射在鍍膜技術(shù)中的應(yīng)用，期間經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程。 1853年，法拉第在進行氣體放電實驗時，總是發(fā)現(xiàn)放電管玻璃內(nèi)壁上有金屬沉積現(xiàn)象； 1902年，Goldstein證明上述金屬沉積是正離子轟擊陰極濺射出的產(chǎn)物； 20世紀30年代，已經(jīng)有人利用濺射現(xiàn)象在實驗室中制備薄膜； 60年代初，Bell實驗室和Western Electric公司利用濺射制取集成電路用的Ta膜，開始了它在工業(yè)上的

30、應(yīng)用； 1963年已經(jīng)制作出全長約10m的連續(xù)濺射鍍膜裝置； 1965年IBM公司研究出射頻濺射法，使絕緣體的濺射鍍膜稱為可能； 1974年，J.Chapin使高速、低溫濺射鍍膜稱為現(xiàn)實，并發(fā)表了關(guān)于平面磁控濺射裝置的文章。 由于這種濺射裝置的日臻完善和普及，使得濺射鍍膜能以嶄新的面貌出現(xiàn)在技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域。薄薄膜制備技術(shù)膜制備技術(shù)- -濺射法濺射法SputteringRoll-to-RollIn-line薄薄膜制備技術(shù)膜制備技術(shù)- -濺射法濺射法n濺射法濺射法n利用帶電離子在電磁場的作用下獲得足夠的能利用帶電離子在電磁場的作用下獲得足夠的能量，轟擊固體（靶）物質(zhì)，從靶材表面被濺射量，轟擊固體（

31、靶）物質(zhì)，從靶材表面被濺射出來的原子以一定的動能射向襯底，在襯底上出來的原子以一定的動能射向襯底，在襯底上形成薄膜。形成薄膜。n濺射法的分類濺射法的分類n直流濺射直流濺射 射頻濺射射頻濺射n磁控濺射磁控濺射 反應(yīng)濺射反應(yīng)濺射n偏壓濺射偏壓濺射 濺射鍍膜的特點濺射鍍膜的特點（1 1）對于任何待鍍材料，只要能作成靶材，就可）對于任何待鍍材料，只要能作成靶材，就可實現(xiàn)實現(xiàn)濺濺射；射；（2 2）濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較）濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好；好；（3 3）濺射所獲得的薄膜純度高，致密性）濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好；好；（4 4）濺射工藝可重復(fù)性好，可以在大面積襯底上）濺射工藝可重復(fù)

32、性好，可以在大面積襯底上獲得獲得厚度均厚度均勻的薄勻的薄膜。膜。n靶材是需要被濺射的物質(zhì)，作為陰極，相對陽極加數(shù)千伏電壓，在真空室內(nèi)充入Ar氣，在電極間形成輝光放電。n輝光放電過程中，將產(chǎn)生Ar離子，陰極材料原子，二次電子，光子等。輝輝光放電和等離子體光放電和等離子體一、輝光放電的物理基礎(chǔ)一、輝光放電的物理基礎(chǔ) 等離子體等離子體 等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包含中性原子或分子、原子團、帶電離子和自由電子。 作用：作用： 1、提供發(fā)生在襯底表面的氣體反應(yīng)所需要的大部分能量； 2、通過等離子刻蝕選擇性地去處金屬。 輝輝光放電和等離子體光放電和等離子體產(chǎn)生輝光放電 通過混合氣體中加直流

33、電壓、或射頻電壓，混合氣體中的電子被電場加速，穿過混合氣體，與氣體原子或分子碰撞并激發(fā)他們，受激的原子、或離子返回其最低能級時，以發(fā)射光（或聲子）的形式將能量釋放出來。 不同氣體對應(yīng)不同的發(fā)光顏色。 輝輝光放電和等離子體光放電和等離子體真空室電極高真空泵等離子體RF 發(fā)生器匹配部件輝輝光放電和等離子體光放電和等離子體n直流電源直流電源E, 提供電壓提供電壓V和電流和電流I則則 V = E - IR。1、輝光放電過程包括、輝光放電過程包括n初始階段初始階段AB：I=0 無光放電區(qū)無光放電區(qū)n湯生放電區(qū)湯生放電區(qū)BC：I迅速增大迅速增大n過渡區(qū)過渡區(qū)CD：離子開始轟擊陰極，產(chǎn)生二次：離子開始轟擊陰

34、極，產(chǎn)生二次電子，又與氣體分子碰撞產(chǎn)生更多離子電子，又與氣體分子碰撞產(chǎn)生更多離子n輝光放電區(qū)輝光放電區(qū)DE：I增大，增大，V恒定恒定n異常輝光放電區(qū)異常輝光放電區(qū)EF：濺射所選擇的工作區(qū)：濺射所選擇的工作區(qū)n弧光放電：弧光放電：I增大，增大，V減小減小n弧光放電區(qū)弧光放電區(qū)FG：增加電源功率，電流迅速：增加電源功率，電流迅速增加增加輝輝光放電和等離子體光放電和等離子體ABCDEFG 2、輝光放電區(qū)域的劃分n陰極輝光； 陰極暗區(qū)； 負輝光區(qū)；法拉第暗區(qū)；n陽極柱；陽極暗區(qū)；陽極輝光n暗區(qū)是離子和電子從電場中獲取能量的加速區(qū)，輝光區(qū)相當(dāng)于不同粒子發(fā)生碰撞、復(fù)合、電離的區(qū)域。輝輝光放電和等離子體光放

35、電和等離子體物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象離子轟擊固體表面可能發(fā)生一系列的物理過程，每種過程的相對重要性取決于入射離子轟擊固體表面可能發(fā)生一系列的物理過程，每種過程的相對重要性取決于入射離子的能量。離子的能量。一、濺射的產(chǎn)額：一、濺射的產(chǎn)額： 被濺射出來的原子個被濺射出來的原子個數(shù)與入射離子數(shù)之比。數(shù)與入射離子數(shù)之比。它與入射能量，入射它與入射能量，入射離子種類，濺射物質(zhì)離子種類，濺射物質(zhì)種類及入射離子的入種類及入射離子的入射角度有關(guān)。射角度有關(guān)。物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象 入射離子能量的影響 只有入射離子能量超過一定閾值以后，才能從被濺射物質(zhì)表面濺射出離子，閾值能量與入射離子的種類關(guān)系不大，

36、與被濺射物質(zhì)的升華熱有一定比例關(guān)系 隨入射離子能量的增加，濺射產(chǎn)額先增加，然后處于平緩（10Kev)，離子能量繼續(xù)增加，濺射產(chǎn)額反而下降物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象 入入射離子的種類和被濺射物質(zhì)的種類射離子的種類和被濺射物質(zhì)的種類 通通常采用惰性氣體離子來濺射，由常采用惰性氣體離子來濺射，由圖知圖知，重離子，重離子的濺射產(chǎn)額比輕離子高，但考慮價格因素，通常使用的濺射產(chǎn)額比輕離子高，但考慮價格因素，通常使用氬氣作為濺射氣體。氬氣作為濺射氣體。 用用相同能量的離子濺射不同的物質(zhì)，濺射產(chǎn)額也相同能量的離子濺射不同的物質(zhì)，濺射產(chǎn)額也是不同的，是不同的，Cu, Ag, AuCu, Ag, Au產(chǎn)額高，而

37、產(chǎn)額高，而Ti, W, MoTi, W, Mo等產(chǎn)額低。等產(chǎn)額低。物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象3 3、離子入射角度對濺射產(chǎn)額的影響、離子入射角度對濺射產(chǎn)額的影響傾斜入射有利于提高產(chǎn)額，但當(dāng)入射角接近80時，產(chǎn)額迅速下降。 合金的濺射和沉積： 濺射法的優(yōu)點所制備的薄膜的化學(xué)成分與靶材基本一致。 自動補償效應(yīng)：濺射產(chǎn)額高的物質(zhì)已經(jīng)貧化，濺射速率下降，而濺射產(chǎn)額低的物質(zhì)得到富集，濺射速率上升。物物質(zhì)的濺射現(xiàn)象質(zhì)的濺射現(xiàn)象濺濺射沉積裝置射沉積裝置一、直流濺射裝置及特性（只適用于靶材為良導(dǎo)體的濺射）一、直流濺射裝置及特性（只適用于靶材為良導(dǎo)體的濺射）氣體離子氣體離子靶材離子靶

38、材離子二次電子二次電子一、直流濺射裝置及特性一、直流濺射裝置及特性 濺射氣濺射氣壓，太壓，太低和太高都不利于薄膜的形低和太高都不利于薄膜的形成；成； 陰陰- -陽極距離適中，大約為陰極暗區(qū)的陽極距離適中，大約為陰極暗區(qū)的2 2倍；倍； 濺射電壓濺射電壓1-5KV1-5KV； 靶材必須為金靶材必須為金屬；屬； 為保證薄膜的均勻性，陰極平面面積大約為襯底的為保證薄膜的均勻性，陰極平面面積大約為襯底的2 2倍。倍。一、直流濺射裝置及特性一、直流濺射裝置及特性 工作原理： 當(dāng)加上直流電壓后，輝光放電開始，正離子打擊靶面，靶材表面的中性原子濺射出，這些原子沉積在襯底上形成薄膜。 在離子轟擊靶材的同時，也

39、有大量二次電子從陰極靶發(fā)射出來，被電場加速向襯底運動，在運動過程中，與氣體原子碰撞又產(chǎn)生更多的離子，更多的離子轟擊靶材又釋放出更多的電子，從而使輝光放電達到自持。一、直流濺射裝置及特性一、直流濺射裝置及特性 氣體壓強太低或陰氣體壓強太低或陰- -陽極距離太短，二次電子達到陽極之陽極距離太短，二次電子達到陽極之前不能有足夠多的離化碰撞發(fā)生。反之所產(chǎn)生的離子會前不能有足夠多的離化碰撞發(fā)生。反之所產(chǎn)生的離子會因非彈性碰撞而減速，打擊靶材時不會產(chǎn)生足夠的二次因非彈性碰撞而減速，打擊靶材時不會產(chǎn)生足夠的二次電子。另外濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將電子。另外濺射出來的靶材原子在飛向襯底的過程中將會

40、受到過多散射，在襯底上的沉積速率反而下降。會受到過多散射，在襯底上的沉積速率反而下降。 直流濺射若要保持一定的濺射速率，就必須一定的工作直流濺射若要保持一定的濺射速率，就必須一定的工作電流，要求靶材為金屬靶。若是導(dǎo)電性差的靶材，在離電流，要求靶材為金屬靶。若是導(dǎo)電性差的靶材，在離子轟擊過程中，正電荷便會積累在靶材表面。子轟擊過程中，正電荷便會積累在靶材表面。三極濺射三極濺射在低壓下，為增加離化率并保證放電自持，方法之一是提供一個額外的電在低壓下，為增加離化率并保證放電自持，方法之一是提供一個額外的電子源將電子注入到放電系統(tǒng)中。子源將電子注入到放電系統(tǒng)中。陽極電位高于基片直流濺射裝置及特性直流濺

41、射裝置及特性二、射頻濺射裝置及特二、射頻濺射裝置及特性性濺濺射沉積裝置射沉積裝置二、射頻濺射裝置及特性二、射頻濺射裝置及特性 射頻電源的頻率13.56MHz； 射頻濺射電壓1-2KV； 射頻濺射系統(tǒng)需要在電源與放電室間配備阻抗匹配網(wǎng)； 在射頻濺射系統(tǒng)中，襯底接地，以避免不希望的射頻電壓在襯底表面出現(xiàn)； 靶材可以是絕緣體、金屬、半導(dǎo)體等。二、射頻濺射裝置及特性二、射頻濺射裝置及特性 工作原理工作原理 在射頻濺射系統(tǒng)中，射頻電勢加在位于絕緣靶下面的在射頻濺射系統(tǒng)中，射頻電勢加在位于絕緣靶下面的金屬電極上，在射頻電場作用下，在兩電極間振蕩運金屬電極上，在射頻電場作用下，在兩電極間振蕩運動的電子具有足

42、夠高的能量產(chǎn)生離化碰撞，從而使放動的電子具有足夠高的能量產(chǎn)生離化碰撞，從而使放電達到自持，陰極濺射的二次電子不再重電達到自持，陰極濺射的二次電子不再重要；要； 由于電子比離子具有較高的遷移率，相對于負半周期，由于電子比離子具有較高的遷移率，相對于負半周期，正半周期內(nèi)將有更多的電子到達絕緣靶表面，而靶變正半周期內(nèi)將有更多的電子到達絕緣靶表面，而靶變成負的自偏壓。它將在表面附近排斥電子，吸引正離成負的自偏壓。它將在表面附近排斥電子，吸引正離子，使離子轟擊靶，產(chǎn)生濺射。子，使離子轟擊靶，產(chǎn)生濺射。二、射頻濺射裝置及特性二、射頻濺射裝置及特性 電源與電極間有電容存在，隔絕電荷流通的路徑，自發(fā)產(chǎn)生負的自

43、偏壓的過程與靶材是絕緣體和金屬無關(guān)。 射頻電壓周期性地改變每個電極的電位，因而每個電極都可能因自偏壓效應(yīng)而受到離子轟擊。實際解決的辦法將樣品臺和真空室接地，形成一個面積很大的電極，降低該極的自偏壓鞘層電壓。三、磁控濺射裝置及特性三、磁控濺射裝置及特性濺濺射沉積裝置射沉積裝置1直流電源直流電源 2出水口出水口 3進水口進水口 4進氣口進氣口5 靶材靶材 6真空泵真空泵 7 基片架基片架 8基片偏壓基片偏壓三、磁控濺射裝置及特三、磁控濺射裝置及特性性 磁場的作用使電子不再做平行直線運動，而是圍繞磁力線做螺旋運動，這就意味著電子的運動路徑由于磁場的作用而大幅度地增加，從而有效地提高了氣體的離化效率和

44、薄膜的沉積速率。 磁控濺射比直流和射頻濺射的沉積速率高很多。原因： 1、磁場中電子的電離效率提高； 2、在較低氣壓下（0.1Pa)濺射原子被散射的幾率減小 提高了入射到襯底上的原子的能量，從而提高薄膜 的質(zhì)量。三、磁控濺射裝置及特性三、磁控濺射裝置及特性三、磁控濺射裝置及特性三、磁控濺射裝置及特性四、反應(yīng)濺射裝置及特性四、反應(yīng)濺射裝置及特性 在在存在反應(yīng)氣體的情況下，濺射靶材時，靶材料與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物，存在反應(yīng)氣體的情況下，濺射靶材時，靶材料與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物，這種在沉積的同時形成化合物的濺射稱為反應(yīng)濺射。這種在沉積的同時形成化合物的濺射稱為反應(yīng)濺射。 利利用化合物直接作為靶材濺

45、射生長薄膜時，可能薄膜與靶材的成分偏離，如用化合物直接作為靶材濺射生長薄膜時，可能薄膜與靶材的成分偏離，如制備氧化物薄膜時，會造成氧含量偏低，這時可在濺射氣體中通入適量的氧氣。制備氧化物薄膜時，會造成氧含量偏低，這時可在濺射氣體中通入適量的氧氣。濺濺射沉積裝置射沉積裝置反應(yīng)濺射裝置及特性四、反應(yīng)濺射裝置及特性四、反應(yīng)濺射裝置及特性四、反應(yīng)濺射裝置及特性 采采用純金屬作為靶材，通入不同的反應(yīng)氣體，沉積不同用純金屬作為靶材，通入不同的反應(yīng)氣體，沉積不同的薄膜。如：的薄膜。如：氧化物：氧化物：ZnOZnO，AlAl2 2O O3 3，SiOSiO2 2， InIn2 2O O3 3，SnOSnO2

46、2等等( (反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體O O2 2）碳化物：碳化物：SiCSiC， WCWC，TiCTiC等等( (反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體CHCH4 4）氮化物：氮化物：BNBN，F(xiàn)eNFeN TiNTiN，AlNAlN，SiSi3 3N N4 4等等( (反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體N N2 2）硫化物：硫化物：CdSCdS，ZnSZnS，CuSCuS等等( (反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體H H2 2S S）化合物：化合物：Ti-Si-N, Fe-B-Si, YBaTi-Si-N, Fe-B-Si, YBa2 2CuCu3 3O O7 7五、偏壓濺射裝置及特性五、偏壓濺射裝置及特性 偏壓濺射是在一般濺射的基礎(chǔ)上，偏壓濺射是在一般濺

47、射的基礎(chǔ)上，在襯底與靶材間加一定的偏壓，以改在襯底與靶材間加一定的偏壓，以改變?nèi)肷潆x子能量和離子數(shù)，達到改善變?nèi)肷潆x子能量和離子數(shù)，達到改善薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。如圖所示，改變偏壓可改變?nèi)鐖D所示，改變偏壓可改變Ta薄膜的薄膜的電阻率。電阻率。濺射制備的濺射制備的Ta薄膜的電阻率隨偏壓的變化薄膜的電阻率隨偏壓的變化濺濺射沉積裝置射沉積裝置六、離子束濺射六、離子束濺射在離子束濺射沉積中，由離在離子束濺射沉積中，由離子源產(chǎn)生的離子束通過引出子源產(chǎn)生的離子束通過引出電極引入真空室，打到靶材電極引入真空室，打到靶材上濺射，實現(xiàn)薄膜沉積。上濺射，實現(xiàn)薄膜沉積。六、離子束濺射六、離子束濺射六、

48、離子束濺射濺射濺射沉積裝置沉積裝置 增大入射離子流的密度是改善磁控濺射薄膜性能和提高濺射效率的關(guān)鍵。離子的產(chǎn)生最初采用上文中提及的平衡磁控源。平衡磁控濺射具有可將等離子體約束于靶的附近，對襯底的轟擊作用小的特點，這對于希望減少襯底損傷、降低沉積溫度的應(yīng)用場合來說是有利的。但在某些情況下，又希望保持適度的對襯底的轟擊效應(yīng)。這時，可以借助于所謂的非平衡磁控濺射的方法。在設(shè)計上，這種磁控濺射靶有意識地減?。ɑ蚣哟螅┝税兄行牡拇朋w體積，造成部分磁力線發(fā)散至距靶較遠的襯底附近的效果。這時，等離子體的作用范圍擴展到了襯底附近，而部分的電子又像在二極濺射時那樣被直接加速射向襯底，同時在此過程中造成氣體分子電離和部分離子轟擊襯底。濺射濺射沉積裝置沉積裝置濺射濺射沉積裝置沉積裝置磁控濺射舉例磁控濺射