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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)。 3 d4 k7 J4 u7 s7 l# q: q
溅射成膜法的特征. S! d' \2 o: p% G
8 N1 F& j+ |( Z+ {! p
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
; p j8 r( b! T- h2：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。
2 c7 `: w) K s B0 ]3：高熔点材料也可以成膜。 % P0 k: i6 x) A* j, S. l/ M
4：成膜厚度容易控制。 4 d0 s3 H$ V" Y2 Z9 d; z
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。 - p, b* t7 [5 H+ A; C
6：可以大面积均匀成膜。
3 ]( W9 X) A$ x. ]* l. u* Q& [7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。
$ j$ f! {' y: L' v K! | 溅射成膜方式 # w' B, E: y, U4 A9 d1 r8 d
一、 DC溅射成膜4 c: F- B( }: t% `; _, ^% q; I7 f
原理 ! R$ Z: H) N! f" f- p# \
$ V2 T$ Y8 X5 w' |$ H" P1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
" \" ^$ m2 [/ Q1 @2 ~2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。 " a6 c( d) S% D$ V8 g1 h
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。 & v. O4 c9 Z5 g
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
! ]2 ]# S$ y" R$ C5 A- x5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。 / }" G9 Q0 o9 N$ S
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:7 r1 F% r. v9 m7 |0 n6 ]9 H4 y
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。
$ J, _( t. T3 w. }
/ w! B$ f4 q9 G+ m; g 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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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 ]2 ^6 [" h: K. B% S% W3 H: K6 k7 ^) O" z4 z3 }3 Z% r2 m
二、RF溅射
: _' X3 A1 ?9 @% L# o3 d 原理 ' z0 N, o, v$ T6 i, T
3 s& }: j8 O7 z) ?+ p8 `
1：靶和成膜基板近距离配置。
( |0 k: _. X* A4 P& L1 t. T/ F* s2：真空腔体和靶之间加高频率电压。 ! U0 J5 z; S7 E! ~( o
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
* ^' W2 |3 p) p$ f4：因为电子比离子轻，容易移动。 : e9 F' z- p& _8 j8 _5 S. w% {# M9 q
5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
8 W2 a, |5 N, P. g6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。2 O# `$ w8 H7 g. {/ F8 O# z% Y
7 k& p! v8 [& C, I/ U0 |/ Y* L3 V! p 三、磁控溅射7 u7 p/ j3 n) A3 H
原理
5 R- P8 | q; r9 A* m; q
0 ]& F3 O) i: e! _- E8 z1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
" x$ S! y ?3 s/ t2：加高电压之后诱发溅射。
0 x5 X: T6 V, r5 M6 Q3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。 # |7 A6 n3 L) ^6 D* F% R
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。 6 n h. Q7 {& o2 j0 G
9 l5 ]8 G& O, Y# q- q5 }9 F0 T
特征
% w$ o( z4 F, {' o2 x
# p4 a: d$ t7 E& q1、也可使用高频电源。
+ S; X( a/ W/ w) n2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
* i P- ^1 S1 p" h4 G. b3、溅射量大。% |6 K: A0 a# u7 l' m* z9 a: @
$ h8 F. [* }( h4 ] 缺点 3 u7 L P( K+ a/ D2 }& D2 C
% M3 B: U# G# Z# 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)。
+ N: n* h* W1 r" ? 四、离子束溅射8 f3 t+ R1 t2 |& h' P7 |
这是唯一一种不用放电的溅射方法。
, U* q) \5 M q5 J o 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1 }* R4 D, d" W- ^2 o
; Q1 w: N" O# B. Y9 M
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。
+ F2 v O! [! A5 J9 A7 K/ S$ \( L/ P8 V" M+ E1 L' z; v' ~
(注:使原材料离子化而射向基板的手法被称为离子注入法、而不是溅射。)
+ S, E& u2 P. p) a ^. i 特征 * Y \- C. E' w6 b4 q/ a8 V' S* `
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
. e7 u8 i. E' N5 l' g' u7 z" c2、离子源独立存在、单独设定容易。
# e. V" ?2 C2 h9 x3、靶材不需要导电性。- E R( ~6 }: S3 q; V. B
缺点& g; _8 w* W9 f5 O
1、设备复杂、昂贵。
% i- \6 I; `2 B' r2、成膜速度慢。 0 I1 b$ v4 i$ {8 D) \) ^
. P* C) Y3 n( r9 o
溅射成膜设备的构成 - t3 @3 g6 }5 [" L& N+ `
: j; U0 c* d2 E9 k* F 除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:
) W6 S- L) b) v2 y6 i$ N1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。 / E' {3 a! C. ?
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。 " ]. U# k. {% ?2 M- \
3、成膜基板台。 & ~$ p& }, x2 q G
4、靶台。 8 J7 N! }1 o7 {! P- M* w& t, R
5、电源(高频电源、高压电源)。 - z! c. C9 U% r+ z# E
6、控制系统。
" }! _- j7 m7 K; F& N/ r) e& G; |$ A( }; O& |, f7 g% q# |# x
溅射利用法
$ @! Y/ c2 \0 P8 v. O8 K: y
6 _5 `' G, g4 a/ q8 N& ?/ k% i" c: N磁气记录媒体。
8 R# ?# p9 i/ h! |CD/DVD(信息记录的金属膜)。
& M1 I& l% W1 ~: x# _' y- U半导体(电路、各种传感器)。
. [0 l9 f; h6 s磁头。
' [! R3 P! `$ {3 k W, J6 L( U打印机头部。
% A! q( o6 i# Z5 M8 Q' r液晶(透明电极部分)。 , m3 {7 x: R/ J8 w" q
有机EL表示装置(透明电极部分)。
! L- t" Y! y$ W. y7 \" I9 |( T高辉度光电管。
8 M5 @4 R; E {0 x电子显微镜样品制作。
1 M( R$ P) U% H& q光触媒薄膜。
6 p5 d7 f' \+ D1 z8 S+ G表面分析(利用溅射的切削作用)。
% \7 F. M8 K/ u9 g# B形状记忆合金薄膜。
! O g, D4 M- |4 m( c* U3 m塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
