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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)。
0 H6 |% y6 j3 G+ a 溅射成膜法的特征/ |- @) [4 O' u4 O) I) v& `
4 u2 r! s. }- z1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
- F$ e9 P4 `" f% u& H: y2：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。
) e" y N( @. e& Y3：高熔点材料也可以成膜。
% B$ ?+ d& y- Q: T' Z4：成膜厚度容易控制。
0 B9 R" ?4 \8 ]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。
1 _" T8 g) D3 X8 h E L6：可以大面积均匀成膜。 ( d; x( ~/ x9 X- [
7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
* b% _$ @8 E: ~; g 溅射成膜方式
3 Y: U, D) k3 H) c* P 一、 DC溅射成膜) [4 m; h: s( Z9 n
原理 $ {! C2 S' H& d6 k" B! A# Z
. [5 H$ o, r, W* y
1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
8 u; b$ N& z4 V3 m2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。 8 a5 [* @, M. _1 s. @$ k! g% V
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。
8 \5 i9 G W9 P: L4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。 ! B& `" I! W8 D0 _ K4 f8 ]
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。
2 `1 o+ D2 N9 T' `. `' Y- | 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:3 o/ g+ l3 K) ^: O+ v0 f* A
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 g( E4 F1 F5 s9 x& |8 r0 i! O' D
6 M+ V+ E5 F/ M0 h, f2 F! C: 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。
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* I' B: B- `4 _* F! S% J( t 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。
- n" P9 s- O L* X3 K
, C% E; r3 R' e0 k; f8 J4 R 二、RF溅射) K6 l- E/ K: S9 c
原理
! k6 n5 E: O! k0 u3 A
) f! I. k- }% v& d! y1：靶和成膜基板近距离配置。 ( o, e+ y6 _8 K) T
2：真空腔体和靶之间加高频率电压。
9 c+ T7 o$ S' s2 b& _$ ?3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。 g1 ]9 ?, k% h& Y
4：因为电子比离子轻，容易移动。
% \. q$ w( Q1 o' U5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。 * H+ n# X" x( @- V1 f, x; ^' k
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。
* s3 f( ^6 ~$ U4 F
7 f, X& P3 p# X. n 三、磁控溅射
h/ {( H6 ]4 O, O' N 原理 j% p$ p5 f( I6 E" P) J# n& r R
2 u8 \! ~, R8 B7 U: ?2 U
1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
" e% `1 u; F3 U4 }4 s& H+ E2：加高电压之后诱发溅射。
2 I9 ` h3 ^5 g9 ~$ {; b3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
/ @! J/ x* [9 v( `4 y2 w! ^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。 0 v0 I8 E4 H! h. C/ n
6 W' b& J! ?3 }4 {7 c ^6 _# v 特征 $ d0 w/ E! [' F1 v
* F, Q! t3 ?! \; o; m1、也可使用高频电源。
& N: D) |. G! ?3 G2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。 " Y2 b( {* y5 N9 x" U' T, _9 T8 ^
3、溅射量大。
5 M5 X; V! _+ J/ a) n* R
& G2 N# g' J( q6 o' a1 T( P 缺点
) z/ ?" O1 \0 ]4 L L$ O
$ E* s. H+ e$ d 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)。 3 K7 b/ i c6 j3 | s+ O! L8 U
四、离子束溅射" p( @% V: J) @
这是唯一一种不用放电的溅射方法。
# R7 E( J* C) X9 C5 K% S 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 `4 D; G1 i8 \# E4 u" y8 Z5 l- N& g' G5 a# [3 z4 Q0 g& 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。
q6 k$ M9 D; u6 J2 Y8 c: |1 M9 z* C) b# y" G* u
(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。)
, ]. l& `7 N, w' n; h7 j5 O, V 特征 N; E! ?' r h$ h3 h" P5 \; M
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 y P! W4 A; ^
2、离子源独立存在、单独设定容易。 % s- P: U5 N3 {6 y3 R. e5 Z% ^$ z
3、靶材不需要导电性。7 [$ h- u5 \: R: W) e# G
缺点: w3 V- W k( T8 S5 D9 O
1、设备复杂、昂贵。 . ]! E4 Z% A* D" l* n% }
2、成膜速度慢。 % P# S7 K7 I8 d3 u+ L+ r
7 ~7 ~6 [# N9 {2 v& q4 H
溅射成膜设备的构成
/ ]9 Z2 W( `) s2 O
6 Q/ `: u7 Z0 k3 S, u" Q 除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:
. [! a* \5 B: H( b2 p3 R1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
, z1 F6 d3 G9 Y8 n' K. ] w, [2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
& ?! L- N2 J o9 ?4 N- O* c3、成膜基板台。 $ `1 [4 ^: T T; s7 n
4、靶台。
9 w6 j3 L' w: }! E$ \9 N, t5、电源(高频电源、高压电源)。
; p/ I' O! ?7 ], k2 F. X8 \5 L+ L3 [6、控制系统。" Y. l& r# d( R/ l" o8 q0 y
- V+ @3 W0 E% {4 \ f2 ^4 s 溅射利用法
5 w& T$ ?- @9 r; V, H! L1 U9 i v) m1 V
磁气记录媒体。
/ d0 P; B) {. A3 q4 b. A+ \CD/DVD(信息记录的金属膜)。 8 X4 a; _3 Z9 C# [2 f/ {# z
半导体(电路、各种传感器)。
. I" ?- E) f* _+ X磁头。
/ i- }# M' A. y e+ i& ~% F; A打印机头部。
. a0 ^8 c! b4 k: E* z# j/ \# t液晶(透明电极部分)。 % Q" j8 |' @/ H# f" p' V
有机EL表示装置(透明电极部分)。
8 V' Q$ ^. V: L& t" O- o. s高辉度光电管。
% Y) X: f8 r( p% [- d `# m1 E电子显微镜样品制作。 2 Q9 s7 t6 D# B2 ?1 ~8 c' b
光触媒薄膜。
5 X8 j" A" D4 A2 y6 k表面分析(利用溅射的切削作用)。 % U) `$ a" w) C7 m- A" a
形状记忆合金薄膜。
0 L3 I# f! _( l5 t! ?% `塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
