PVD技术常用的方法:PVD基本方法:真空蒸发、溅射、离子镀,以下介绍几种常用的方法。电子束蒸发:电子束蒸发是利用聚焦成束的电子束来加热蒸发源,使其蒸发并沉积在基片表面而形成薄膜。特征:真空环境;蒸发源材料需加热熔化;基底材料也在较高温度中;用磁场控制蒸发的气体,从而控制生成镀膜的厚度。溅射沉积:溅射是与气体辉光放电相联系的一种薄膜沉积技术。溅射的方法很多,有直流溅射、RF溅射和反应溅射等,而用得较多的是磁控溅射、中频溅射、直流溅射、RF溅射和离子束溅射。射频磁控溅射,又称射频磁控溅射,是一种制备薄膜的工艺,特别是在使用非导电材料时。北京共溅射磁控溅射过程
磁控溅射的原理:靶材背面加上强磁体,形成磁场。在正负电极间施以高的电压产生等离子体,使氩气发生辉光放电。等离子体中的电子在相互垂直的电场和磁场的共同作用下做螺旋式运动,飞向正电极,在运动过程中与氩气原子发生碰撞,产生Ar离子和电子,带负电的电子又在相互垂直的电场和磁场的共同作用下向正电级做螺旋式运动,电子再次与氩气原子发生碰撞,随着碰撞次数的增大,电子的能量逐渐降低,较后落在衬底上,这就使得高速电子对衬底轰击产生的温升大幅度降低。Ar离子向负极加速运动,与靶材发生碰撞。能量适当的Ar离子离子轰击靶材后使得靶材原子脱离靶材表面,较后沉积在衬底上形成薄膜。黑龙江专业磁控溅射联系商家在直流二极溅射装置中增加一个热阴极和阳极,就构成直流三极溅射。
磁控溅射的种类:磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电场交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。靶源分平衡式和非平衡式,平衡式靶源镀膜均匀,非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。平衡靶源多用于半导体光学膜,非平衡多用于磨损装饰膜。磁控阴极按照磁场位形分布不同,大致可分为平衡态磁控阴极和非平衡态磁控阴极。平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等,两极磁力线闭合于靶面,很好地将电子/等离子体约束在靶面附近,增加了碰撞几率,提高了离化效率,因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电,靶材利用率相对较高。但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面,基片区域所受离子轰击较小。非平衡磁控溅射技术,即让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极,两极磁力线在靶面不完全闭合,部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域,从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片,增加基片区域的等离子体密度和气体电离率。
磁控直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极,从而该方法只能溅射导体材料,不适于绝缘材料。因为轰击绝缘靶材时,表面的离子电荷无法中和,这将导致靶面电位升高,外加电压几乎都加在靶上,两极间的离子加速与电离的机会将变小,甚至不能电离,导致不能连续放电甚至放电停止,溅射停止。故对于绝缘靶材或导电性很差的非金属靶材,须用射频溅射法(RF)。溅射过程中涉及到复杂的散射过程和多种能量传递过程:入射粒子与靶材原子发生弹性碰撞,入射粒子的一部分动能会传给靶材原子;某些靶材原子的动能超过由其周围存在的其它原子所形成的势垒(对于金属是5-10eV),从而从晶格点阵中被碰撞出来,产生离位原子;这些离位原子进一步和附近的原子依次反复碰撞,产生碰撞级联;当这种碰撞级联到达靶材表面时,如果靠近靶材表面的原子的动能大于表面结合能(对于金属是1-6eV),这些原子就会从靶材表面脱离从而进入真空。高速率磁控溅射本质特点是产生大量的溅射粒子,导致较高的沉积速率。
高速率磁控溅射本质特点是产生大量的溅射粒子,导致较高的沉积速率。实验表明在较大的靶源密度在高速溅射,靶的溅射和局部蒸发同时发生,两种过程的结合保证了较大的沉积速率(几μm/min)并导致薄膜的结构发生变化。与通常的磁控溅射比较,高速溅射和自溅射的特点在于较高的靶功率密度Wt=Pd/S>50Wcm-2,(Pd为磁控靶功率,S为靶表面积)。高速溅射有一定的限制,因此在特殊的环境才能保持高速溅射,如足够高的靶源密度,靶材足够的产额和溅射气体压力,并且要获得较大气体的离化率。较大限制高速沉积薄膜的是溅射靶的冷却。磁控溅射的原理:靶材背面加上强磁体,形成磁场。四川双靶材磁控溅射特点
磁控溅射是物相沉积的一种。北京共溅射磁控溅射过程
为了解决阴极溅射的缺陷,人们在20世纪70年代的时候开发出了直流磁控溅射技术,它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的弱点,因而获得了迅速发展和普遍应用。其原理是:在磁控溅射中,由于运动电子在磁场中受到洛仑兹力,它们的运动轨迹会发生弯曲甚至产生螺旋运动,其运动路径变长,因而增加了与工作气体分子碰撞的次数,使等离子体密度增大,从而磁控溅射速率得到很大的提高,而且可以在较低的溅射电压和气压下工作,降低薄膜污染的倾向;另一方面也提高了入射到衬底表面的原子的能量,因而可以在很大程度上改善薄膜的质量。同时,经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时,已变成低能电子,从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速”、“低温”的优点。该方法的缺点是不能制备绝缘体膜,而且磁控电极中采用的不均匀磁场会使靶材产生明显的不均匀刻蚀,导致靶材利用率低,一般只为20%-30%。北京共溅射磁控溅射过程
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