薄膜的物理氣相沉-饒澤勇肖萍

1、薄膜的物理氣相沉積（II）濺射法及其他PVD方法 肖萍 2011.03.253.1氣體放電現(xiàn)象與等離子體原理：直流電場(chǎng)作用下物質(zhì)的濺射現(xiàn)象。1.沉積薄膜的襯底是可以接地的，也可以是處于浮動(dòng)點(diǎn)位或是處于一定的正、負(fù)電位。靶材：需要濺射的材料（陰極）；真空室：接地的（負(fù)電位）。3.1.1氣體放電現(xiàn)象描述氣體放電現(xiàn)象是離子建設(shè)過程的基礎(chǔ)。V=E-IR直流氣體放電體系：見圖3.2放電現(xiàn)象描述：1.湯生放電：隨著放點(diǎn)電流的迅速增加，電壓變化不大的放電階段。2.電暈放電：在湯生放電后期，在電場(chǎng)強(qiáng)度較高的點(diǎn)擊尖端部位開始出現(xiàn)一些跳躍的電暈光斑。3.等離子體：在湯生放電階段之后，氣體會(huì)發(fā)生突然的放電擊穿現(xiàn)象，

2、這是氣體開始具備了相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力，這種具備一定的導(dǎo)電能力的氣體稱為等離子體！4.輝光：氣體中導(dǎo)電粒子的數(shù)目大量增加，離子碰撞過程中伴隨的能量轉(zhuǎn)移也夠大，所以放電氣體會(huì)發(fā)生明顯的輝光。3.1.1氣體放電現(xiàn)象描述3.1.2輝光放電現(xiàn)象及等離子體鞘層實(shí)質(zhì)：部分的氣體分子開始分解為可以導(dǎo)電的離子與電子，即形成了等離子體。放電擊穿：當(dāng)氣體壓力與電極間距的乘積pd為某一數(shù)值時(shí)，氣體最容易發(fā)生放電擊穿。帕邢曲線（定律）：描述放電擊穿規(guī)律的曲線，稱為帕邢曲線（定律）。詳見圖3.3(2)等離子子體鞘層1.不同的粒子還具有極為不同的平均速度。2.電子與離子具有不同的速度的一個(gè)直接后果是形成所謂的等離子體鞘層，即相

3、當(dāng)于等離子體來(lái)講，任何未予等離子體中或其附近的物體都將自動(dòng)的處于一個(gè)負(fù)電位，并且在其表面外將伴隨有正電荷的積累。3.物體表面對(duì)于離子和電子的吸引和排斥作用還會(huì)在表面外形成一個(gè)充斥了正離子體鞘層。如圖3.4 等離子體鞘層點(diǎn)位Vp=kTe/eln(M+/2.3Me)1/2Te:電子溫度m+/Me：離子與電子的質(zhì)量比K：玻爾茲曼常數(shù)e：電子所攜帶的電量上式表明：鞘層電位正比于電子溫度且與離子和電子的質(zhì)量比有關(guān)。直流輝光放電(2)陰極輝光：在陰極附近有一明亮的發(fā)光層，它是由向陰極運(yùn)動(dòng)的正離子與陽(yáng)極發(fā)射出的二次電子發(fā)生復(fù)合所產(chǎn)生的。陰極暗區(qū)：二次電子和離子的主要加速區(qū)，整個(gè)區(qū)域電壓降占整個(gè)放電電壓的絕大

4、部分。（電壓降靶電壓）如圖3.6直流輝光放電 右下為輝光放電裝置實(shí)物圖理解：陰極接地，處于零電位。量計(jì)件的全部電壓降幾乎均集中在陰極鞘層中。圖3.5為電位圖3.1.3輝光放電過程中電子的碰撞在輝光放電等離子體中，電子的速度、能量遠(yuǎn)高于離子的速度與能量。電子不僅是等離子體導(dǎo)電過程中的主要載流子而且在粒子相互碰撞、電離的過程中也起著重要作用。原理：等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的電子與其他粒子的碰撞是維持氣體放電的主要微觀機(jī)制。電子的碰撞彈性碰撞：粒子總動(dòng)能和總動(dòng)量保持不變，不存在粒子內(nèi)能的變化，即無(wú)粒子的激發(fā)、電離、復(fù)合過程發(fā)生。E/E=4MMcos/（M+M) M:相應(yīng)粒子的質(zhì)量：碰撞前粒子1的運(yùn)動(dòng)方向與碰撞后粒子2運(yùn)動(dòng)方向的夾角。非彈性碰撞實(shí)質(zhì)：碰撞過程中，有部分電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為粒子2的內(nèi)能增加U，其最大值為：U/E=Mcos/M+M由于M/(M+M)1，非彈性碰撞可以使電子將大部分能量轉(zhuǎn)移給其它質(zhì)量較大的粒子，如離子或原子，引起其激發(fā)或電離。分解反應(yīng)，如e+CF CF+F+e1.在這一碰撞過程中，分子被分解成為兩個(gè)反應(yīng)基團(tuán)。2.上述各種處于高能態(tài)的粒子的化學(xué)活性將遠(yuǎn)高于原來(lái)的分子.注意：除了有電子參加的碰撞過程之外，中性原子、離子之間的碰撞也在同時(shí)發(fā)生。非彈性碰撞的三種過程1）電離過程，如e+ArAr+2e(這