离子镀膜PPT课件

离子镀膜技术——离子镀膜的特点
★ 离子镀膜的缺点
薄膜中的缺陷密度较高，薄膜与基片的过渡区较宽，应用中受到限制（特别是电子 器件和IC）。 由于高能粒子轰击，基片温度较高，有时不得不对基片进行冷却。 薄膜中含有气体量较高。
离子镀膜技术——离子轰击的作用
★ 离子轰击的作用
离子镀膜的整个过程中都存在着离子轰击。
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
直流二极型离子镀
直流二极型离子镀的特征是利用二 极间的辉光放电产生离子、并由基板所 加的负电压对其加速。
轰击离子能量大，引起基片温度升 高，薄膜表面粗糙，质量差；工艺参数 难于控制。
由于直流放电二极型离子镀设备简单，技术容易实现，用普通真空镀膜机就可 以改装，因此也具有一定实用价值。特别是在附着力方面优于其它的离子镀方法。
溅射清洗
薄膜淀积前对基片的离子轰击。将产生如下 结果：
溅射清洗作用 吸附气体、各种污染物、氧化物 产生缺陷和位错网
入射粒子传递给靶材原子的能量超过靶原子发生离位的最低能量时，晶格原子将会离位并迁 移到晶格的间隙位置上去，从而形成空位、间隙原子和热激励。轰击粒子将大部分能量传递给基 片使其发热，增加淀积原子在基片表面的扩散能力，某些缺陷也可以发生迁移、聚集成为位错网。
离子镀膜技术——离子镀膜的类型 ★ 离子镀膜的类型
按薄膜材料气化方式分类：
电阻加热、电子束加热、高频感应加热、阴极弧光放电加热等。
按原子或分子电离和激活方式分类：
辉光放电型、电子束型、热电子型、电弧放电型、以及各种离子源。
一般情况下，离于镀膜设备要由真空室、蒸发源(或气源、溅射源等)、高压电源、离化 装置、放置基片的阴极等部分组成。
实现离子镀膜的必要条件
造成一个气体放电的空间；
将镀料原子(金属原子或非金属原子)引进 放电空间，使其部分离化。
离子镀膜的成膜条件 n n j
淀积过程：
n 104 N A
60M
μ为淀积原子在基片表面的淀积速率； ρ为薄膜质量密度；M为淀积物质的摩 尔质量；NA阿佛加德罗常数。
离化率：是指被电离的原子数占全部蒸发原子的百分数。
中性粒子的能量
W n E
Ev

3k Tv 2
离子的能量
Wi ni Ei
薄膜表面的能量活性系数
Ei eUi
Wi W ni Ei n E
W
n E
式积轰中击，的单离位n子时数间；在单为位离面子积的上平所均淀能积量的。离子数； 是蒸发粒子的动能； 是单位E时间对单位面
离子镀膜技术
Ion Plating
§4.4 离子镀膜技术
★ 离子镀膜的原理 ★ 离子镀膜的特点 ★ 离子轰击的作用 ★ 离子镀膜的类型
离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体 或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质 离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基 片上。
离子镀把气体的辉光放电、等离子体技术与真 空蒸发镀膜技术结合在一起，不仅明显地提高了镀 层的各种性能，而且大大地扩充了镀膜技术的应用 范围。
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
三极和多阴极型离子镀（二极型改进）
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
特点：
（1）二阴极法中放电开始的气压为10-2Torr左右，而多阴极法为10-3Torr左右，可实现低 气压下的离子镀膜。真空度比二级型离子镀的真空度大约高一个数量级。所以，镀膜质量好， 光泽致密
（2） 二极型离子镀膜技术中，随着阴极电压降低，放电起始气压变得更高；而在多阴极 方式中，阴极电压在200V就能在10-3 Torr左右开始放电。
溅射过程：
nj

103 j 1.6 1019
Leabharlann Baidu
0.631016
j / cm2
s
j是入射离子形成的电流密度
离子镀膜技术——离子镀膜的特点
★ 离子镀膜的优点
膜层附着性好；溅射清洗，伪扩散层形成 膜层密度高（与块体材料相同）；正离子轰击 绕射性能好； 可镀材料范围广泛； 有利于化合物膜层的形成； 淀积速率高，成膜速率快，可镀较厚的膜； 清洗工序简单、对环境无污染。
近年来在国内外都得到迅速发展。
离子镀膜技术——离子镀膜的原理
★ 离子镀膜的原理
离子镀膜系统典型结构
• 基片为阴极，蒸发源为阳极，建立一个低压 气体放电的等离子区； • 镀材被气化后，蒸发粒子进入等离子区被电 离，形成离子，被电场加速后淀积到基片上成 膜； • 淀积和溅射同时进行；
离子镀膜技术——离子镀膜的原理
ni
Ei
离子镀膜技术——离子轰击的作用
当 n 远E小于 时，ni Ei

ni Ei n E

eUi 3kT
2

ni n


C
Ui T

ni n

离子镀膜中的活化系数与离化率、基 片加速电压、蒸发温度等因素有关。
离子镀膜技术——离子轰击的作用
离子镀膜技术——离子轰击的作用
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
（3）在多阴极方式中，即使气压保持不变，只改变作为热电子发射源的灯丝电流，放 电电流就会发生很大的变化，因此可通过改变辅助阴极(多阴极)的灯丝电流来控制放电状态。
（4）由于主阴极(基板)上所加维持辉光放电的电压不高，而且多阴极灯丝处于基板四 周，扩大了阴极区、改善了绕射性，减少了高能离子对工件的轰击作用，避免了直流二极型 离子镀溅射严重、成膜粗糙、温升高而难以控制的弱点。
温度升高
离子镀膜技术——离子轰击的作用
粒子轰击对薄膜生长的影响
影响薄膜的形态、晶体结构、成分、物理性能相许多其它特性。
“伪扩散层”缓解了膜、基的不匹配程度，提高了薄膜的附着力。 成核位置更多，核生长条件更好。减小了基片和膜层界面的空隙，提高了附着力。 离子轰击能消除柱状晶粒，形成粒状晶粒结构的显微结构 影响薄膜的内应力。离子轰击强迫原子处于非平衡位置，使内应力增加。利用轰击热效应或 外部加热减小内应力。 可提高金属薄膜的疲劳寿命（成倍提高）。
离子镀膜技术——离子轰击的作用
破坏表面晶格 离子轰击产生的缺陷很稳定的话，表面的晶体结构就会被破坏而成为非晶态
气体掺入 不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕获位置、基片温度及淀积粒子的能量大小 非晶材料捕集气体的能力比晶体材料强。
表面成分改变 溅射率不同
表面形貌变化 表面粗糙度增大，溅射率改变