实验磁控溅射法制备薄膜材料

实验磁控溅射法制备薄膜材料2.掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法3.掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状体系，在阴阳两极之间由电电源提供电压和电V=E-IR高两个电极之间这时气体原子态，只有极少量随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而电流达到了一个饱和值(对应于图曲线的第一个垂直段)。当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过程均产生新的离子和电子，即碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随放电阶段称为汤生放电。在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这时，在电场强度较高在汤生放电阶段之后，气体会突然发生放电击穿现象。这时，气体开始具备了电路中的电流大幅度增加，同时放电电压却有所下降。这是由于这时的气体被击穿，因而气体的电阻将随着气体电离度的增加而显着下降，放电区由原来只集中于阴极边缘和不规则处变成向整个电极表面扩展。在这一阶段，气体中导电粒子的数断提高。当辉光区域充满了两极之间的整个空间之后，在放电电流继续增加的同时，放电电压又开始上升。上述的两个不同的辉光放电阶段常被称为正常辉光放电的均匀溅射和薄膜沉积。平面磁控溅射靶采用静止电磁场，磁场为曲线形。其工作原理如下图所示。电(1)机械泵轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子(或分子)沉积在基片上形成薄膜。二次电子e在加速飞向基片时受磁场B1的洛仑兹力作用，以摆线和螺旋线状的复合形式在靶表面作圆周运动。该电子e1的运动路径不仅很长，而且被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子体区域内。在该区中电离出大量的Ar+用来轰击靶材，因此磁控溅射具有沉积速率高的特点。随着碰111如图中e那样沿着磁力线来回振荡，待电子能量将耗尽时，在电场E的作用下最3终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传给基片的能量很小，使基片温升较低。在磁极轴线处电场与磁场平行，电子e将直接飞向基片。但是，在磁控溅射2装置中，磁极轴线处离子密度很低，所以e类电子很少，对基片温升作用不大。2磁控溅射的基本原理就是以磁场改变电子运动方向，束缚和延长电子的运动路具有“低温”、“高速”两大特点的机理。用来获得真空的设备称为真空泵，真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类。排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排在封闭的真空系统中，利用各种表面(吸气剂)吸气的办法将被抽空间的气体分子改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体真空的泵，机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式气口附近有一“死角”空间，在旋片移动时它的压力去顶开排气阀门；③泵腔内密封油有一定的蒸汽压(室温时约为10-1Pa)。(2)分子泵气体分子，使之获得定向速度，从子泵串联组合起来的一种复合型的分器超声波清洗器、磁控溅射镀膜机、镊子、烧杯等1.用酒精清洗衬底玻璃基板、靶材，清洗完毕后用高压气枪吹干。2.实验前仔细检查各开关的状态，接通电源。电源接通后打开水循环开关，关闭真射(镀膜前一定要确定靶挡板是关闭的)。待溅射一段时间后，打开挡板，开始镀膜，镀膜时间到后电源自动关闭。0，关闭加热。闭进气阀、限流阀，限流阀到0°。1)样品是否放好2)腔室门是否关好3)放气阀是否关闭4)真空计是否打开台及基片挡板，靶屏蔽罩及靶挡板上沉积罩短接烧坏靶。方法是将把挡板卸下用绿色拉丝酒精擦干净，对基片台如不拆下的话用报纸垫在关紧限流阀，以免损坏分子泵