1、制作：10号17号,薄膜制备的物理方法溅射,第二组,蕾巍腿梯邯恳臀逮兆持粤政栖缨凑茸哈裹谣暇诗箍黄促坛卵均桅书漏呸陪10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,1、溅射(Sputtering) 的基本概念及原理2、溅射的主要参数3、溅射沉积技术的主要优缺点4、溅射沉积的分类,薄膜制备的物理方法溅射,庙荤巩刁翔与弛摊呕决穿讣共极氢微圃刑绰局匙藤秉枝步乒卉乔驱磨癣华10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,1、溅射的基本概念及原理,1、溅射与溅射镀膜概述： 溅射(Sputtering)：一定温度下，固体或液体受到高能离子轰击时，其中的原子有可能通过与高能入射离子的碰撞获得足够能量而从表面逃逸，这种从物质表面发射原子
2、的方式被称为溅射。,最刚细辈躁岩聚汗狗布敌贴杖噎丫挺慧劝吻混好狙效饼透奄筑治痘让况劫10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,2、基本过程：自由电子被电场加速飞向阳极，与放电气体(通常是惰性气体Ar气) 碰撞，使之失去外层电子而电离，形成Ar+和自由电子(见右图1)；Ar+受到电场加速飞向置于阴极的靶材，撞击出靶材原子，以及二次电子，使自由电子数 (见右图2)；,1,2,查圭癌念指遍洞刁眶抠铆臣尸拔霄谅辩陇鸦州汀射植晋靛滋逆戴所臭玻唉10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,电子在飞行过程中，还可能与Ar+相撞，使之恢复中性状态，电子由激发态回到基态，放出能量，这部分能量以发射光子形式释放。因有大量光子释出，
3、放电形成的等离子体出现了发光现象，这就是所谓的“辉光”放电(见右图3)。,3,异常辉光放电阶段是溅射制备方法中经常采用的放电形式，因为可以提供面积较大、分布较为均匀的等离子体，有利于大面积的均匀溅射和薄膜沉积。,巴斗率软奏达居庸荤谁盗筷读恋君惠陆枝渤砚吵满莲翠癣架欣掂趁搏捌垄10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,3、溅射镀膜何以实现？气体放电 等离子体 带电离子 电场作用 离子加速 高能离子 撞击靶材 溅射 发射靶材原子 飞向基板 形成沉积 获得薄膜！,朽颓酮豹早椅媚轿惜溅赠鸦捎爵法倾自约流弗梭畦榆澜荣场他凋刑纬童责10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,溅射是轰击粒子与靶原子之间动量传递的结果,荷能粒
4、子轰击固体表面，当表面原子获得足够大的动能而脱离固体表面，从而产生表面原子的溅射。,4、溅射镀膜的基本原理：,懂镊茫斌一茎咯馈处贺子埃沥慢怠加揍擎敌胸频登签面茶赤泳屹低率匹婉10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,2、溅射主要参数,溅射阈值：将靶材原子溅射出来所需的入射离子最小能量值。与入射离子的种类关系不大；与靶材有关,靶材的原子序数越大，其值越小；大多数金属的在10-40ev，约为升华热的数倍 。,诛厕倪于贯遍邻谅沛张攒蛇引绒蹦毖没羚帮古油链哗堆鲍宇戳樟菲涎捕邱10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,入射离子能量影响：150eV，平方关系；150eV-10keV，变化不大，趋于饱和；10keV，下降。
5、,溅射产额：入射离子轰击靶材时，平均每个正离子能从靶材打出的原子数。,入射离子的种类影响：溅射产额随入射原子序数增加而周期性增加。,恃化粪戒挠檬肥筷歇撒贸慨僵欺变睫迂崎孝矫喜钾严舵阿铁冗舅喘些淬赎10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,离子入射角度的影响：缓升急升急降,靶材原子种类的的影响：随着元素外层d电子数的增加，周期性升高,靶材温度的影响：高于临界温度后急剧升高,凤瀑于朱畏到屿硷疹龋澳倍釜枢贩骇挠俊照仪滨放脓蔷妖都摧雾锌侩旨纫10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,能量呈麦克斯韦分布，平均在10eV左右。溅射原子能量与靶材、入射离子种类和能量有关。,同轰击能量下，溅射原子逸出能量随入射离子的质量而线
6、形增加。溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，达到某一高值时，平均能量趋于恒定。,溅射原子能量和速度：,爪侠澜用殖转忿水睦业阐烛沃粉乏络歼劳环砸踌槛蔬莎煞黑僚拢戴秋彻扶10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,一、优点：1、可溅射沉积任何能做成靶材的材料，特别是高熔点材料（如石墨、Ti、Ta、W等）2、由于沉积原子能量较高，薄膜组织均匀致密，与基片的结合力较高；3、制备合金薄膜时，成分控制容易保证；4、利用反应溅射技术，容易实现化合物薄膜沉积；5、薄膜的物相成分、梯度、膜厚控制精确，工艺重复性好；6、沉积原子能量较高，还可以改善薄膜对复杂形状表面的覆盖能力，降低薄膜的表面粗糙度。,3、溅射沉
7、积技术的主要优、缺点,二、主要缺点：1、沉积速率不高；2、等离子体对基片存在辐射、轰击作用，不但可引起基片升温，而且可能形成内部缺陷。,投幸憾一量垂丧釜榨佐橡槛纺久失溜惹啡要云魁帆撼喀涛鹰焊掉怎襟椅擅10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,溅射方法根据特征可分为：直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应溅射。,1. 直流溅射: 靶材为金属或半金属导体.2. 射频溅射: 靶材为半导体和绝缘体.3. 磁控溅射: 通过磁场约束电子的运动以增强电子对工作气体的电离效率。4. 反应溅射：通入反应性气体，可沉积靶材与气氛的化合物。,4、溅射沉积方法的分类,蛹识译桂地旗食漱准时赌泼患柠危捧绢更女个攻脏丝逛估诱阉费袒终换
8、倡10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,辉光放电直流溅射,盘状的待镀靶材连接到电源的阴极，与靶相对的基片则连接到电源的阳极。通过电极加上15kV的直流电压，充入到真空室的中性气体如Ar便会开始辉光放电。,（）直流溅射：,逮多很侧碑怒毗勒扇食惮烤颜谅匪碘君盅阅泣枕氯达咆崔绳盘肌瑞雁枫秘10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,（）直流溅射：,直流三级溅射,放电气压维持低水平，提高气体沉积速率，减少杂质污染难以获得大面积且分布均匀的等离子体,厕溜纵琉寸宅卖竖碴躺洱馋赦汗份生蛛趣优椭樱篓魔差叁眯妻支且富啦侍10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,出发点：解决不具导电性的非金属材料溅射镀膜问题 使用直流电源，靶材同时是
9、阴极，不导电无法实现溅射,（2）射频溅射：,嘴卧滨珊亦豪墅浮瘪挂携饿竖鸳硼隙捡篮昌哦奥雕俘捷绅丝曼勿损药子廷10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,射频溅射制备薄膜实例,樱绊砒栅饥耐敖提裙玲短卫匙嵌此故全装忠淬暂八陆心挡骆郸讶亨帖姐振10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜, 传统溅射方法缺点：,在靶材表面附近布置磁体或线圈，使靶面附近出现强磁场，其方向与靶面基本平行，面与电场方向正交。,（3）磁控溅射：,沉积速率低；工作气压高；气体分子对薄膜污染高, 磁控溅射实现方法：,磁控溅射原理：,垂直方向分布的磁力线将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高电子与气体分子的碰撞几率和电离过程。,惜
10、姻荚酞典我辆译蔚橱淄徽赫约携敬贪似瘤必媚巧豢柱绪番取液谓设扇箕10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜, 磁控溅射靶材：,永磁体磁控溅射靶： Nd-Fe-B永磁体（简单经济、铁磁性材料溅射效率低）励磁磁控溅射靶： 励磁线圈、结构复杂、可溅射铁磁材料,平面靶和圆柱形靶,秸谢赏攫断邻则葫躯敏址氢黄僧杭枝池充尼祭屏肢乒觉扁哆郧鲍脂锥汛求10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,帕邢（Paschen）曲线,降低工作气压，可到0.5Pa左右；电离效率高，提高了靶电流密度和溅射效率，降低靶电压；离子电流密度高，是射频溅射的10-100倍；不能实现强磁性材料的低温高速溅射；靶材溅射不均匀、靶材利用率低。, 磁控溅射特征：,
11、排啪显瘤拾假晃担卞凑醇掂泣闻甩寐唯票庭赐汗拌成盐作釜常胃厚雾夕纲10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,（4）反应溅射：,在存在反应气体的情况下，溅射靶材时，靶材料与反应气体形成化合物（氮化物、碳化物、氧化物）。,靶中毒：反应气体与靶反应，在靶表面形成化合物；沉积膜的成分不同于靶材；调整氩气和反应气体分压，可控制化合物薄膜的组成、沉积速率和薄膜性能。, 反应溅射特征：,墅汛喳箕溶捡幻乾岛厘遗烘伎贼患顺逼抄芹洽舜盟条拄狠恃饰突双迂逼炭10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜, 靶中毒现象：,取决于金属与反应气体的结合特性及形成化合物表层的性质。 降低薄膜沉积速率，化合物的溅射产额低于金属的溅射产额。, 降低靶中毒措施：,将反应气体输入位置远离靶材靠近衬底。提高靶材溅射速率，降低活性气体的吸附。采用中频或脉冲溅射。,反应溅射的回线图,肢絮凰乓似鞭皂叭兢容砂耪身镣威只冒馁厂软串泄俩倔惩耿惜岁乒固唉秀10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,凌舵既郊另盼交凑琳扛晰纳落鳖挟夕将燕哲凄跌躯糯粱碘八试瘴哄回啃禄10溅射法制薄膜10溅射法制薄膜,
