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
! b* }, G' |9 O. W$ M, K1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
2：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。
' G1 m/ @7 Y. c  T3：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 B: D% d" I( h3 Z6：可以大面积均匀成膜。
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
; K# g, j, \' _! o# P
溅射成膜方式
, e* M* g# w8 ~" h- T9 ^; N; A
( H- B' n- i: e
- ^1 ]8 m% E" [1 y2 K. s: H一、　DC溅射成膜
　　原理
: B5 Z& i8 a! K+ s3 h
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
/ u4 ~+ F8 ?0 E2 j1 n: C2：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 e4 N2 Z) q! s7 F/ Q. Q8 a5：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。
5 _, ]8 U1 l# g* z; M; [/ k& J; U   
  b3 m  {, `1 X8 y+ ]; k& b    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。
. `8 v% s& A6 K1 ^% t5 G- |5 `
; K) H) T: c3 K$ N, N8 o( L; D2 e    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。
; a1 F$ s3 y: A: o. T8 K
% }$ ?1 b* Y# J8 a! |二、RF溅射
    原理

1：靶和成膜基板近距离配置。
, \2 V; _/ t  H$ G2：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。
( H. q7 q! e) S" p. m9 N# ]4：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。

三、磁控溅射
    原理
' Q2 m. t, s0 q4 W# F2 Y8 Y  V
1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
) r0 @- w8 x: i- V3 p$ d7 Q2：加高电压之后诱发溅射。
3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
4：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。

& L+ v2 D3 t% k/ u) b  H　　特征
) H7 L$ m- h; j; r) [! N9 c
1、也可使用高频电源。
$ X3 n8 N" K' H5 F" X2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
3、溅射量大。
8 F$ g8 C: E# D* D5 t8 [
: m: |1 O  i6 U  　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)。
8 a" ?9 G4 A9 p/ n3 l/ b+ x+ }
四、离子束溅射

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
/ r& `- z, m" c( p
      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。
# F( J6 k( T% r' G1 t
6 C6 b" s) r# g( s! W. H* y      (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
; @* T" A0 A& q8 c! W! C5 @+ N1、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。
3、靶材不需要导电性。
8 s* q; q7 A  O% ~# M. T! _$ l
缺点
1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。

6 i6 W1 z* G; G
( g" M/ ?! R% ~  D" v( G& \溅射成膜设备的构成
2 Y; p+ D' H7 n: R3 o( M9 N& Z

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)。
3、成膜基板台。
" W' Z1 K, g1 D* ^) B  B* z; f8 V4、靶台。
4 j! L' A- I& }6 S5、电源(高频电源、高压电源)。
6、控制系统。

溅射利用法
磁气记录媒体。
9 N8 @+ {/ @3 O8 P6 G5 g. yCD/DVD(信息记录的金属膜)。
半导体(电路、各种传感器)。
磁头。
打印机头部。
% R: D: A7 u( g* z液晶(透明电极部分)。
3 R& D' ?% T5 J. {0 p. t/ Y/ ^有机EL表示装置(透明电极部分)。
) C! p! w( j8 n/ M$ `6 n高辉度光电管。
4 }# W, r9 a6 q) y电子显微镜样品制作。
( ~1 L% N  g0 M: X光触媒薄膜。
表面分析(利用溅射的切削作用)。
$ y" O9 e; ]4 b+ w$ J' e形状记忆合金薄膜。
塑料或玻璃的电子屏蔽膜。