薄膜沉积的共性问题--第二讲ppt课件

1、河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组河北东旭投资集团河北东旭投资集团2019. 03.011河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组2等离子体在薄膜堆积中的作用 根本概念根本概念离子、电子共存，整体呈电中性的物质形状构成方式构成方式电子加速到一定能量，与气体分子碰撞，使其电离或者激发未被电离而处于激发形状。激发阀值或者离化阀值-能使气体分子激发和电离的电子具有的最低能量值。电子能量离化阀值离化率-引起气体电离的碰撞次数与总碰撞次数的比值。离化率随电子能量的不同而变化。碰撞过程中：a发生有效地离化；b激发气体分子为激

2、发原子、原子团或者分子等，构成活性基， 添加等离子体的活性；c被激发原子或者分子经过极短的弛豫时间，前往平衡形状， 同时发出相应的辉光。 河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组3等离子体的构成方法构成低温等离子体的根本方法：构成低温等离子体的根本方法： 使电子带有最容易引起离化和激发的能量，由这使电子带有最容易引起离化和激发的能量，由这种荷能电子碰撞气体原子，使其离化或激发，同时种荷能电子碰撞气体原子，使其离化或激发，同时要求产生的等离子体具有较高的密度、均匀的分布、要求产生的等离子体具有较高的密度、均匀的分布、便于利用的方式以及良好的可控制性。便于利用

3、的方式以及良好的可控制性。河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组4等离子体的构成方式v热电子发射型热电子发射型v二极放电型二极放电型v磁控放电型磁控放电型v无极放电型无极放电型vECRECR放电型放电型由热阴极发射的电子被阳极加速，在奔向阳极的过程中与气体分子发生碰撞，使后者离化或者激发，构成等离子体。任务气压在100Pa-0.01Pa。离子入射冷阴极会激发出电子，该电子在向阳极挪动的过程中，与气体分子发生碰撞，使后者离化或者激发，构成等离子体任务气压在100Pa-1Pa。原理与二极放电型一样，只是在阴极反面放置磁场，构成相互垂直的电磁场，使电子做圆周运

4、动，添加碰撞时机，从而添加离化率。任务气压在100Pa-10-12Pa。在绝缘管外周绕以高频线圈，利用线圈产生的高频电磁波，在绝缘管内部构成等离子体。任务气压在1000Pa-0.1Pa。ECR即电子盘旋共振，其是由电子盘旋共振产生气体放电进而构成等离子体得方式。任务气压在1Pa-10-3Pa。河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组5v1853年Grove就察看到了溅射景象，发如今气体放电室的器壁上有一层金属堆积物，堆积物的成份与阴极资料的成份完全一样。但当时他并不知道产生这种景象的物理缘由 。v1902年，Goldstein 才指出产生这种溅射景象的缘由

5、是由于阴极遭到电离气体中的离子的轰击而引起的，并且他完成了第一个离子束溅射实验。v到了1960年以后，人们开场注重对溅射景象的研讨，其缘由是它不仅与带电粒子同固体外表相互作用的各种物理过程直接相关，而且它具有重要的运用，如核聚变反响堆的器壁维护、外表分析技术及薄膜制备等都涉及到溅射景象。v1969年，Sigmund 在总结了大量的实验任务的根底上，对Thompson的实际任务进展了推行，建立了原子线性级联碰撞的实际模型，并由此得到了原子溅射产额的公式。v1974年，H.H. Andersen 和H. L. Bay 研讨实验了低能重离子辐照固体外表，可以产生非线性溅射景象，通常称为“热钉扎 (t

6、hermalized spike) 效应。 溅射镀膜的开展历程溅射镀膜的开展历程河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组6溅射镀膜概述溅射镀膜概述在真空室中，荷能粒子在真空室中，荷能粒子( (电场加速的正离子电场加速的正离子) )打在固体外表打在固体外表时，与外表的原子、分子交换能量，从而使这些原子、时，与外表的原子、分子交换能量，从而使这些原子、分子飞溅出来，落在衬底上构成薄膜。分子飞溅出来，落在衬底上构成薄膜。1 1、膜层与基体的附着力强、膜层与基体的附着力强2 2、方便制取高熔点物质的薄膜、方便制取高熔点物质的薄膜3 3、在大面积延续基板上可制取均匀

7、的膜层、在大面积延续基板上可制取均匀的膜层4 4、容易控制膜的成分，可制取各种不同成分和配比的合金模、容易控制膜的成分，可制取各种不同成分和配比的合金模5 5、可以进展反响溅射、制取多种化合物膜，可方便镀制多层膜、可以进展反响溅射、制取多种化合物膜，可方便镀制多层膜6 6、便于工业化消费，易于实现延续化、自动化操作、便于工业化消费，易于实现延续化、自动化操作河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组二二 溅射与二次离子溅射与二次离子 入射离子轰击固体时，会直接或间接迫使固体外入射离子轰击固体时，会直接或间接迫使固体外表许多原子运动，此过程称为级联碰撞。表许多

8、原子运动，此过程称为级联碰撞。当外表原子获得足够能量和动量而背叛外表运动当外表原子获得足够能量和动量而背叛外表运动时，就引发外表粒子时，就引发外表粒子( (原子、离子、基团原子、离子、基团) )发射，发射，称为溅射。称为溅射。离子溅射可用来剥蚀样品，配合俄歇电子能谱分离子溅射可用来剥蚀样品，配合俄歇电子能谱分析可确定样品成分随深度的变化情况，即资料的析可确定样品成分随深度的变化情况，即资料的纵深分析。纵深分析。离子溅射离子溅射河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组8离子束与资料的相互作用离子束与资料的相互作用v入射离子入射离子溅射产额与入射离子的能量、入

9、射角、溅射产额与入射离子的能量、入射角、靶原子质量和入射离子质量之比、入射靶原子质量和入射离子质量之比、入射离子的种类离子的种类v靶靶溅射产额与靶原子的原子序数相关，即溅射产额与靶原子的原子序数相关，即原子量和在周期表中所处的位置、靶外原子量和在周期表中所处的位置、靶外表原子的结合形状、结晶取向以及靶材表原子的结合形状、结晶取向以及靶材的成分。的成分。v溅射产物溅射产物v 入射离子入射离子 溅射出阴极靶原子溅射出阴极靶原子 产生二次电子产生二次电子 溅射掉外表沾污，即溅射清洗溅射掉外表沾污，即溅射清洗 离子被电子中和并以高能中性原离子被电子中和并以高能中性原 子或以金属子或以金属 原子的方式从

10、阴极表原子的方式从阴极表 面反射面反射 进入阴极外表并改动外表性能进入阴极外表并改动外表性能v 溅射出的外表原子溅射出的外表原子 被散射回阴极被散射回阴极 被电子或者亚稳态原子碰撞电离被电子或者亚稳态原子碰撞电离 后，加速前往到阴极或产生溅射后，加速前往到阴极或产生溅射 作用或在阴极区损失掉作用或在阴极区损失掉 以荷能中性粒子的方式堆积到基以荷能中性粒子的方式堆积到基 片或其他某些部位，即溅射镀膜片或其他某些部位，即溅射镀膜河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组9溅射产额溅射产额 溅射过程可以用溅射产额这个物理量来定量地描画，其溅射过程可以用溅射产额这个

11、物理量来定量地描画，其定义为平均每入射一个粒子从靶外表溅射出来的原子数，定义为平均每入射一个粒子从靶外表溅射出来的原子数，即即 溅射产额依赖于靶资料的构造、成份及外表形貌，同时还溅射产额依赖于靶资料的构造、成份及外表形貌，同时还与入射离子的能量、电荷态和种类有关。与入射离子的能量、电荷态和种类有关。 每入射一个粒子溅射出来的原子数Y河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组10普通地，溅射产额随入射离子能量的变化有如下特征：普通地，溅射产额随入射离子能量的变化有如下特征： 1存在一个溅射阈值，阈值能量普通为存在一个溅射阈值，阈值能量普通为20100 eV。当

12、入射离子的能量小于这个阈值时，没有原子被溅射出来。当入射离子的能量小于这个阈值时，没有原子被溅射出来。通常当入射离子的能量为通常当入射离子的能量为110 keV时，溅射产额可以到时，溅射产额可以到达一个最大值。达一个最大值。 2当入射离子的能量超越当入射离子的能量超越10 keV 时，溅射产额开场时，溅射产额开场随入射离子的能量添加而下降。随入射离子的能量添加而下降。 溅射产额的影响要素溅射产额的影响要素河北东旭投资集团河北东旭投资集团郑雷郑雷/太阳能研究院设备组太阳能研究院设备组11溅射产额的影响要素溅射产额的影响要素v 溅射产额依入射离子的种类和靶材的不同而异！溅射产额依入射离子的种类和靶材的不同而异！v 溅射产额在一定的靶材和入射离子条件下，与入溅射产额在一定的靶材和入射离子条件下，与入 v 射角有关，随着入射角的增大而减小！射角有关，随着入射角的增大而减小！v 溅射产额与晶体构造有关，普通说来，当入射方溅射产额与晶体构造有关，普通说来，当入射方 v 向平行于低的晶体学指数的方向时，单晶体的向平行于低的