各种溅射镀膜方法

zpur1983

各种溅射成膜方法

溅射和真空镀气是利用物理现象的成膜方式。利用化学反应的代表性成膜方式为化学气相成膜法(CVD)。
6 m8 l9 z% \, Y7 W溅射成膜法的特征
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
! |6 V' G" ?/ ?! M) {4 q2：对于合金或化合物的靶材、保持原材料组成不变也可以成膜。
* @1 U  Y8 _0 T2 K" D5 H2 G+ q& u) @3：高熔点材料也可以成膜。
4：成膜厚度容易控制。
5：如果在成膜过程中导入反应性气体、则能合成氧化膜或氮化膜等。
6：可以大面积均匀成膜。
9 @* _; Z" u3 Q2 N: N2 D7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。

) ~8 F, I4 Z& k% n1 J溅射成膜方式
, T  r- E) e- _; l( |7 o  w

一、　DC溅射成膜
9 G; M# f, H! b2 k( a( N　　原理
4 i7 s5 L4 Y- ~3 p7 w
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
+ C- C( @' H8 {2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
3：电子和离子在高电压下高速运动，离子撞击靶材，高速运动的电子和离子与气体分子碰撞，产生更多的离子。
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。

这是最初被采用的溅射成膜法。长处在于构造简单，但同时存在以下缺点:
    1、发生辉光放电，设备的真空程度较差，残留气体影响较大。比如说成长的薄膜和残留气体发生化学反应，或薄膜中有气泡等。
   
    2、气体成为等离子体状态，基板也处在高温的等离子状态中。因为高温可能会损伤基板。

  O% |8 g$ |. W* h6 G' f0 N0 `( n    3、原料(靶)是强绝缘体的时候，表面会有离子堆积，使放电中止。

二、RF溅射
- V$ b0 x. K+ H! V- M% D' f8 \    原理
; X/ b( L3 Y9 Y8 E
* w/ x4 Q- Z0 Y1：靶和成膜基板近距离配置。
9 G, T7 k: m- s2：真空腔体和靶之间加高频率电压。
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
2 o8 w4 u5 l1 {2 N3 m4：因为电子比离子轻，容易移动。
5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。

& ^& m, U; C9 x: q
三、磁控溅射
    原理
2 `! E" X1 A6 ]; R
* H4 A0 F0 N; V% V1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
2：加高电压之后诱发溅射。
6 v5 I+ H1 M! }. V9 I3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
( K5 Y3 M! l0 H6 s4：在螺旋运动电子的周围产生等离子状态、可进行高密度溅射。

2 g) @1 P4 O: c% r4 d: S5 [* p　　特征

) {' ~6 g1 J4 \1、也可使用高频电源。
2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
+ X% ]5 n: W/ k, V' f$ h. C" N' v3、溅射量大。
- s$ {3 O. a/ h# S* ~+ l
1 c; H) q; s" S, c+ s, G% y# L' P  　缺点
　　靶材的磨损不均匀(磁场较强的地方被大量溅射、在磁场南北极中间线附近溅射量较少)。

四、离子束溅射
% T6 {' G; l) g3 Z7 k/ S
这是唯一一种不用放电的溅射方法。
      从离子枪(产生离子并加速的设备)发射出来的高速离子照射靶材使其溅射后堆积在基板上成膜其

1 t/ y" A( T/ s2 \8 k6 V  M; @      他的几种溅射方式都利用等离子状态、基板同时也受到电子和离子的影响。离子束溅射不采用放电现象。但是为了使离子枪持续产生离子也需要供应惰性气体。

8 A5 t' V; J! B4 h      (注:使原材料离子化而射向基板的手法被称为离子注入法、而不是溅射。)

      特征
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
6 l. ^, w+ E- U; M9 g2、离子源独立存在、单独设定容易。
3、靶材不需要导电性。

& @  n) B% E0 k  Z: o* f缺点
1、设备复杂、昂贵。
3 v" h: j) w8 D- f3 [2、成膜速度慢。
% v: ^8 [+ i$ V# B
# w, K$ P0 j- ]
+ Q% w% \- l  ~溅射成膜设备的构成
1 d+ c6 D& N( O9 }" w/ e

除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:

1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
) O6 Y; t/ G5 U7 W" e! v3、成膜基板台。
4、靶台。
; {' b5 F! R8 s$ I& E6 r- @: i* ?$ S- I5、电源(高频电源、高压电源)。
* Z- _: J% g2 A3 O8 c2 h% `$ Z; {6、控制系统。

溅射利用法
磁气记录媒体。
CD/DVD(信息记录的金属膜)。
8 M2 ?% x$ V, V( I半导体(电路、各种传感器)。
磁头。
打印机头部。
液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
3 h  c9 X% ~. p0 r3 v9 j6 _; c高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
1 s. X1 h% k& E9 g表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
) }& q* X. T8 k5 F. S. T塑料或玻璃的电子屏蔽膜。

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