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
; d# ]- Q/ u) Y  E6 `1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
( S5 j* I% V7 g: I9 t6 X2：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。
4：成膜厚度容易控制。
0 B( C) [7 D; `" ^% J5：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。
+ g8 ^9 K2 z% O/ `5 Y8 m' {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


一、　DC溅射成膜
: B( ?! @; r1 O9 b　　原理

5 ^( Z# O( G) n" M5 R) o; V1：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。
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。
% X! G: P3 v7 e  M! f% R5：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:
$ q2 Q; g3 {) O9 e% v1 F9 C( @    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。
0 l% R% p+ G6 r8 I
    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
# F' T, u& f) \2 B( l- b! _1 |    原理

1：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。
" |+ J0 v& Q- G4：因为电子比离子轻，容易移动。
2 ~; ?9 J, }" d. X0 Y& b: f0 `+ ^9 k5：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
9 G, v- Q7 N+ i  A% P) S3 P    原理
1 _4 r/ j% W: m2 j
1：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。
, L7 F( C5 s8 k! u& E3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
" S" z2 D& r) t4：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。

7 f1 P: F  `; _, p1 u# s% Y　　特征

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。
( B* x/ b  D1 K, }( P3、溅射量大。

: v2 _: Z! Z8 q3 r  　缺点
/ K; K; A: D! L5 k6 a　　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)。

  K: K$ t9 b+ o# O8 g9 N9 y& M) h四、离子束溅射
4 q) D0 B- Z/ [6 Y: s" n$ t7 t
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
6 b9 ]9 ~5 b: S0 E/ g
      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。
! v& u, H7 E; A! O; V/ ~
      (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
" J! C  }6 l' f/ w6 j+ q1、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。

1 |; U2 g* w4 M$ m缺点
1、设备复杂、昂贵。
3 v0 i* s, P2 W% [4 z6 G* C2、成膜速度慢。
& l7 k2 V: ^/ W5 y' A
: j, D! Y$ O; J; \, Y. W
溅射成膜设备的构成
" g. P3 r1 D5 W% l- p$ `( C' B
4 J! c% T. H( P- R* C
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)。
" Y% w5 l( y3 U: K: B2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
. r& ]. f0 i: a( m( O" n3、成膜基板台。
4、靶台。
5、电源(高频电源、高压电源)。
6、控制系统。
7 o5 R# T8 z. s% [! K  }
2 D2 D; Y6 P( L溅射利用法
( b4 p' V) Z- o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)。
磁头。
5 q/ j  m/ L3 D; I' H- ?打印机头部。
* [5 G' f5 P7 h7 ~( d液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
5 P( g6 `7 t2 ?$ n2 @高辉度光电管。
- w3 K' w& h5 \; w7 f电子显微镜样品制作。
光触媒薄膜。
表面分析(利用溅射的切削作用)。
) F8 Y, I  l, c# l, j6 T5 \形状记忆合金薄膜。
塑料或玻璃的电子屏蔽膜。