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)。
溅射成膜法的特征
2 u3 Q8 o* s, K7 b) K1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
7 h- d! K0 q7 Z6 O$ L2：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。
3：高熔点材料也可以成膜。
+ P. }+ P9 U7 }3 u4：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。
5 P5 [& e) I3 l7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。

- a1 q8 [, i8 _9 E2 W% z" f. b. E5 `溅射成膜方式
; s" M! }4 {  D5 d: B+ u

一、　DC溅射成膜
　　原理

1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
  V: c) m7 A4 o3：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。
: d3 ~  i2 F* t4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
1 m- a% q* [3 A7 L5：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。
3 U) z/ J; Z0 L, W' i( b   
$ O$ y. X( q5 G  @/ c    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。

2 M) X6 f+ ~8 [- W' H' [, o    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。
7 Y5 T; ?* i2 s( j$ J' Q3 w
二、RF溅射
    原理

% @! b, Q" r5 D8 p/ R# B: s- r4 L1：靶和成膜基板近距离配置。
2：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。
7 O( M' p! h: g2 X8 F3 m4：因为电子比离子轻，容易移动。
6 S) P8 i! L2 I4 a# ?0 V/ P( `/ a5：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。

三、磁控溅射
    原理
% |' }! o, y( G  K
1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
5 A0 ^1 j1 F" `8 ~5 i2：加高电压之后诱发溅射。
7 U' `; v5 W+ G. e2 Q; U4 h' ]/ H3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
0 h; _7 X5 F& ~7 O# C4：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。

　　特征
" y9 ?, j# p) g
6 ?* t6 c' ?6 t/ p5 a/ J% x1、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。
9 {, Z+ V: l* S* D$ o3、溅射量大。
, F% H9 M2 o2 n* {+ H
9 I0 k8 v. |! T- O  　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)。
( h1 R8 t( X: P
2 P' c0 }8 b3 {& ?; \# ?' {4 a四、离子束溅射

% R5 a& h3 T, p8 f1 @$ A+ H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

9 e4 d4 i1 f* U* p7 r) q      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。
3 u8 C2 I+ ?" x/ f: @, W8 `
      (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。
2、离子源独立存在、单独设定容易。
, {( Y& I' y* z! r( Y2 f4 [% j/ F3、靶材不需要导电性。
  `: \- l$ P4 d) X( H2 D* u
缺点
( a) C/ G" }: o$ n0 @2 E; l5 a1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。
- {6 u5 s/ n$ |1 X
' }8 G) u; Q1 F6 W1 ]9 {
溅射成膜设备的构成

: W/ a+ l% t0 q  }  ?# d
. v% d& r5 x7 M8 y# u, F$ W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)。
% T2 R' ~" }" [3、成膜基板台。
5 |& c: G  F: Z  ?) |0 Z! y% G; n4、靶台。
3 s1 W: G7 i5 e' F- p: O5、电源(高频电源、高压电源)。
6、控制系统。
- n( W  k8 N! z& t' Z9 H; z
: t/ P5 m2 a# T溅射利用法
磁气记录媒体。
CD/DVD(信息记录的金属膜)。
半导体(电路、各种传感器)。
8 `4 j6 m% T) F磁头。
打印机头部。
: z! u+ b: z5 N9 r) v0 ~; h液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
3 F$ U% O, ~0 w- ?光触媒薄膜。
/ [. v9 X1 C/ ?0 H3 E& o" g1 M表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
塑料或玻璃的电子屏蔽膜。