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
1：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。
3：高熔点材料也可以成膜。
) U& i! n/ M" F6 q* H4：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。
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。

溅射成膜方式
4 ?- Y# d' u' g
9 S' T/ L# I) u' E: g/ ~! S) i: t5 g
/ W* b% T# V  S一、　DC溅射成膜
' A$ H; ^: H) @5 b$ Y　　原理
" m4 a6 r- T/ E2 K  l2 K/ U9 W
4 s/ B, ?* G' p, V3 O1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
/ o2 g7 r6 p6 P( J0 y/ m. t4 t# I  K2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
( Q4 ^0 C, ]( e: f# V# O5 K4 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。
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
! S1 {5 u2 P! _$ S5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。

7 [# p9 H9 a* x# A! W& e7 m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:
9 u% m2 A3 ^/ W# o7 r' ]8 ~3 M    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。
   
4 M9 A/ S! C3 J4 `4 y$ D    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 w/ |) N5 C/ ?% V. C+ w! p
# j* v8 L& a( v# c! B" T' n" C    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。
' A9 Z# f$ f- J. ~. P
, D9 x5 h3 g! q. x1 ?" I+ d二、RF溅射
    原理
) _: N5 G, V; B9 \) g
" r9 [: n5 d& r; x1：靶和成膜基板近距离配置。
) ~4 t5 r& A$ J* q& W# |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。
/ x! _5 c3 Y" k; d4：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。
1 A- ^! ^; p( x& \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。

+ P% y2 ~0 ]3 v& v  B1 p: o三、磁控溅射
    原理

1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
% r. n2 r3 k+ z/ e) a2：加高电压之后诱发溅射。
. s7 ?' L* f. w; u% V' Q3：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。

　　特征
0 c7 K9 x5 I' b
1、也可使用高频电源。
2 T$ ^: \) F5 _; C2、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。

( a( P) E) t2 D8 }; @' Z) K  　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)。
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四、离子束溅射

这是唯一一种不用放电的溅射方法。
5 S# N: d' d8 ^6 ?, S1 q' r      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
' i+ J" {9 |  [' o3 J5 M- J, i
      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。

, O! n4 m. n. f' T5 J! |      (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。
0 ]! h0 j' s9 ?. N; a7 K7 `% k3、靶材不需要导电性。
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2 {& F7 E6 `) P# B7 T) g缺点
1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。
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溅射成膜设备的构成
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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)。
& ^  p8 S- C0 k2、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。
4、靶台。
/ x7 q/ y) [3 q" N# G, s4 l8 Y% `5、电源(高频电源、高压电源)。
6、控制系统。
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溅射利用法
( s: Y" z) t. C: Z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)。
; m! ^5 Y) K2 e$ q磁头。
打印机头部。
# _1 |) M) D3 M2 M: J3 n4 \- d0 m液晶(透明电极部分)。
" {2 Y; W6 ]# x, x3 }1 t6 n6 K有机EL表示装置(透明电极部分)。
1 r+ L0 G( }7 S+ [6 p: |( e; [- C高辉度光电管。
电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
; I, x0 Q' ]4 a3 F, s; M" y) F表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
  h  P! A4 X5 [5 E塑料或玻璃的电子屏蔽膜。

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