薄膜的物理气相沉-饶泽勇肖萍

薄膜物理气相沉积（II）

——溅射法及其它PVD方法

制作人饶泽湧肖萍.03.251/143.1气体放电现象与等离子体原理：直流电场作用下物质溅射现象。1.沉积薄膜衬底是能够接地，也能够是处于浮动点位或是处于一定正、负电位。靶材：需要溅射材料（阴极）；真空室：接地（负电位）。2/143.1.1气体放电现象描述气体放电现象是离子建设过程基础。V=E-IR直流气体放电体系：见图3.2放电现象描述：1.汤生放电：伴随放点电流快速增加，电压改变不大放电阶段。2.电晕放电：在汤生放电后期，在电场强度较高点击尖端部位开始出现一些跳跃电晕光斑。3.等离子体：在汤生放电阶段之后，气体会发生突然放电击穿现象，这是气体开始具备了相当导电能力，这种具备一定导电能力气体称为等离子体！4.辉光：气体中导电粒子数目大量增加，离子碰撞过程中伴随能量转移也够大，所以放电气体会发生显著辉光。3/143.1.1气体放电现象描述

4/143.1.2辉光放电现象及等离子体鞘层实质：部分气体分子开始分解为能够导电离子与电子，即形成了等离子体。放电击穿：当气体压力与电极间距乘积pd为某一数值时，气体最轻易发生放电击穿。帕邢曲线（定律）：描述放电击穿规律曲线，称为帕邢曲线（定律）。详见图3.35/14(2)等离子子体鞘层1.不一样粒子还含有极为不一样平均速度。2.电子与离子含有不一样速度一个直接后果是形成所谓等离子体鞘层，即相当于等离子体来讲，任何未予等离子体中或其附近物体都将自动处于一个负电位，而且在其表面外将伴随有正电荷积累。3.物体表面对于离子和电子吸引和排斥作用还会在表面外形成一个充满了正离子体鞘层。如图3.46/14等离子体鞘层点位△Vp=kTe/eln(M+/2.3Me)1/2Te:电子温度m+/Me：离子与电子质量比K：玻尔兹曼常数e：电子所携带电量上式表明：鞘层电位正比于电子温度且与离子和电子质量比相关。7/14直流辉光放电(2)阴极辉光：在阴极附近有一明亮发光层，它是由向阴极运动正离子与阳极发射出二次电子发生复合所产生。阴极暗区：二次电子和离子主要加速区，整个区域电压降占整个放电电压绝大部分。（电压降≈靶电压）如图3.68/14直流辉光放电右下为辉光放电装置实物图了解：阴极接地，处于零电位。量计件全部电压降几乎均集中在阴极鞘层中。图3.5为电位图9/143.1.3辉光放电过程中电子碰撞∵在辉光放电等离子体中，电子速度、能量远高于离子速度与能量。∴电子不但是等离子体导电过程中主要载流子而且在粒子相互碰撞、电离过程中也起着主要作用。原理：等离子体中高速运动电子与其它粒子碰撞是维持气体放电主要微观机制。10/14电子碰撞弹性碰撞：粒子总动能和总动量保持不变，不存在粒子内能改变，即无粒子激发、电离、复合过程发生。E₂/E₁=4M₁M₂cos²θ/（M₁+M₂)²M:对应粒子质量θ：碰撞前粒子1运动方向与碰撞后粒子2运动方向夹角。11/14非弹性碰撞实质：碰撞过程中，有部分电子动能转化为粒子2内能增加ΔU，其最大值为：ΔU/E₁=M₂cos²θ/M₁+M₂因为M₂/(M₁+M₂)≈1，∴非弹性碰撞能够使电子将大部分能量转移给其它质量较大粒子，如离子或原子，引发其激发或电离。12/14分解反应，如eˉ+CF₄

CF₃﹡+F﹡+eˉ1.在这一碰撞过程中，分子被分解成为两个反应基团。2.上述各种处于高能态粒子化学活性将远高于原来分子.注意：除了