磁控溅射
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1-磁极 2-屏蔽罩 4-基片加热装置 6-磁力线 7-电场 3-基片 5-溅射靶 8-挡板
•
本实验室使用的JICK-450高真空多功能磁控溅射镀膜设备
•
操作流程
• •
• • • • • • 启动系统与装片 先开总电源（墙上最左边） 开循环水（逆时针开，顺时针关，确保循环水的两个阀 门都打开） 开控制箱上六个电源（顺序由下到上，不需要的可以不 开） 充气（逆时针旋转墙体上的通气阀，待气压计计显示为 标准大气压） 开真空罩 装靶材和片子，关通气阀（装靶材时用万用表检测：靶 材与基座应该导通，靶材与保护罩应该近似绝缘） 关真空罩 关两个充气阀
右图为射频磁控溅射 实验装置示意图。
•
在一定气压下，在阴阳极 之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳 定的射频辉光放电。 • 射频辉光放电在辉光放电 空间中电子震荡足以产生电离 碰撞的能量，所以减小了放电 对二次电子的依赖，并且能有 效降低击穿电压。射频电压可 以穿过任何种类的阻抗，所以 电极就不再要求是导电体，可 以溅射任何材料，因此射频辉 光放电广泛用于介质的溅射。
溅射的基本原理
• 溅射法是利用气体辉光放电过程中产生的正离 子与靶材料的表面原子之间的能量和动量交换， 把物质从源材料移向衬底，实现薄膜的淀积。
磁控溅射原理
一般溅射： 溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量 和动量交换的过程。 电子在电场的作用下加 速飞向基片的过程中与Ar原 子发生碰撞，电离出大量的 Ar离子和电子，电子飞向基 片，在此过程中不断和Ar原 子碰撞，产生更多的Ar离子 和电子。Ar离子在电场的作 用下加速轰击靶材，溅射出 大量的靶材原子，呈中性的 靶原子（或分子）沉积在基 片上成膜。
抽真空
• • • •
开机械泵（控制箱上通过触屏完成） 开预抽阀 开腔体上的机械泵手动阀8~10圈（第一圈不算） 待流量计示数到2~4Pa时，关机械泵手动阀，关 预抽阀，开前级阀，大约30~60S后，再开分子泵 。待转数到90后，开分子泵手动阀（有摇杆的那 个），先开4圈，待气压降到10-2后，在开20圈， 同时开射频源La开关预热（5~10分钟），待气压 降到10-4后，将分子泵手动阀顺时针旋转23圈（ 使分子泵还剩一圈或半圈）
1-磁极 2-屏蔽罩 3-基片 4-基片加热装置 5-溅射靶 6-磁力线 7-电场 8-挡板 9-匹配网络 10-电源 11-射频发生器
直流（DC）磁控溅射
直流磁控溅射装置图 与射频磁控溅射装置图相 比，其不需要外部复杂的 网络匹配装置和昂贵的射 频电源装置，适合溅射导 体或者半导体材料。现已 经在工业上大量使用。
开始生长
• 开气瓶，开腔体上的Ar充气阀，开流量计MFC2 （15ml/min），关时顺序相反。 • 开射频源ON，调节功率和自偏压，使功率在 180W，尽量将自偏压调到最小。 • 开挡板，通过调节分子泵手动阀保持气压在 3.5Pa，调节射频源保持功率在180W。 • 按需要开触摸屏中的4个按钮，第一个为样品托 旋转，第二个为加热，第三个为灯 • 将靶材打上一段时间后，手动开片子下的挡板， 开始生长。
关闭系统
• 生长完成后，先关手动挡板，关射频源(先将功率 调零->off->开关)，关靶材挡板，关旋转，关分子 泵手动阀，关分子泵，关气（与开气顺序相反） • 待分子泵转数降下来后，关前级阀，关机械泵 • 充气到10-5Pa，取片 • 关升降，用机械泵抽真空到4Pa以下 • 关机械泵 • 关电源及循环水
• 2.如何开启真空罩、关闭真空罩（操作）
开循环水->开总电源->开真空计->开通气阀->待真空计示数显示为标 准大气压时按操作台上上升键->关闭通气阀->按操作台上下降键
谢 谢 ！
基片 e E Ar e + Ar+ + Ar+ e 靶材
V (<0)
磁控溅射原理
电子在电场力作用下迅速飞向基片表面：
•
电子与Ar原子碰撞几率低，Ar离子密度偏低，溅射效率 低，成膜速度慢 • 电子运动路径短，轰击在基片上速度快，导致基片温度 升高。
磁控溅射原理
•
电子在加速飞向基片的过 程中受到磁场洛仑磁力的影 响，被束缚在靠近靶面的等 离子体区域内，并在磁场的 作用下围绕靶面作圆周运动 ，该电子的运动路径很长， 在运动过程中不断的与氩原 子发生碰撞电离出大量的氩 离子轰击靶材，经过多次碰 撞后电子的能量逐渐降低， 摆脱磁力线的束缚，远离靶 材，最终沉积在基片上。
磁控溅射原理
• 电子运动路径变长，与Ar原子碰撞几率增加，提高溅 射效率。
• 电子只有在其能量将耗尽时才会落到基片上，基片温 度上升慢。
影响溅射效率的因素
• 磁场分布
• 工作气压
• 工作电压
• 溅射功率 • 靶基距
磁控溅射的分类
• 射频（RF）磁控溅射
• 直流（DC）磁控溅射
射频（RF）磁控溅射
注意事项
• 1.开系统前确定循环水已经打开。 • 2.开分子泵前，保证通气阀、机械泵手动 阀、Ar通气阀处于关闭状态。 • 3.关闭射频源时，确定已经将射频功率调 零 • 4.流程中给出的Ar气流量、射频功率、生 长压力为生长ZnO时的参考值
Байду номын сангаас
题目
• 1.说明磁控溅射原理
溅射法是利用气体辉光放电过程中产生的正离子与靶材料的表面 原子之间的能量交换，把物质从源材料移向衬底，实现薄膜的淀积。 磁控溅射是在一般溅射法的基础上，于靶材料下方装上磁性材料 ，通过磁场约束电子的运动，延长电子的运动路径，提高电子碰撞Ar 原子的几率，进而提高溅射速率。另外电子能量耗尽时才会落在基片 上，使基片温度上升缓慢。
磁控溅射设备原理与操作
大连光电研发中心 2011年9月
溅射简介
• “溅射”这一物理现象是1852年英国物理学家 格罗夫(William Robert Grove)在气体放电实验中发 现的。但由于早年用的直流溅射有许多缺陷，故长 期未能得到应有的发展。直到本世纪50年代中期， 随着科学技术的发展，特别是高技术对优质功能材 料薄膜的需要，溅射工艺才得到不断的发展和改进 。
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本实验室使用的JICK-450高真空多功能磁控溅射镀膜设备
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操作流程
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• • • • • • 启动系统与装片 先开总电源（墙上最左边） 开循环水（逆时针开，顺时针关，确保循环水的两个阀 门都打开） 开控制箱上六个电源（顺序由下到上，不需要的可以不 开） 充气（逆时针旋转墙体上的通气阀，待气压计计显示为 标准大气压） 开真空罩 装靶材和片子，关通气阀（装靶材时用万用表检测：靶 材与基座应该导通，靶材与保护罩应该近似绝缘） 关真空罩 关两个充气阀
右图为射频磁控溅射 实验装置示意图。
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在一定气压下，在阴阳极 之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳 定的射频辉光放电。 • 射频辉光放电在辉光放电 空间中电子震荡足以产生电离 碰撞的能量，所以减小了放电 对二次电子的依赖，并且能有 效降低击穿电压。射频电压可 以穿过任何种类的阻抗，所以 电极就不再要求是导电体，可 以溅射任何材料，因此射频辉 光放电广泛用于介质的溅射。
溅射的基本原理
• 溅射法是利用气体辉光放电过程中产生的正离 子与靶材料的表面原子之间的能量和动量交换， 把物质从源材料移向衬底，实现薄膜的淀积。
磁控溅射原理
一般溅射： 溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量 和动量交换的过程。 电子在电场的作用下加 速飞向基片的过程中与Ar原 子发生碰撞，电离出大量的 Ar离子和电子，电子飞向基 片，在此过程中不断和Ar原 子碰撞，产生更多的Ar离子 和电子。Ar离子在电场的作 用下加速轰击靶材，溅射出 大量的靶材原子，呈中性的 靶原子（或分子）沉积在基 片上成膜。
抽真空
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开机械泵（控制箱上通过触屏完成） 开预抽阀 开腔体上的机械泵手动阀8~10圈（第一圈不算） 待流量计示数到2~4Pa时，关机械泵手动阀，关 预抽阀，开前级阀，大约30~60S后，再开分子泵 。待转数到90后，开分子泵手动阀（有摇杆的那 个），先开4圈，待气压降到10-2后，在开20圈， 同时开射频源La开关预热（5~10分钟），待气压 降到10-4后，将分子泵手动阀顺时针旋转23圈（ 使分子泵还剩一圈或半圈）
1-磁极 2-屏蔽罩 3-基片 4-基片加热装置 5-溅射靶 6-磁力线 7-电场 8-挡板 9-匹配网络 10-电源 11-射频发生器
直流（DC）磁控溅射
直流磁控溅射装置图 与射频磁控溅射装置图相 比，其不需要外部复杂的 网络匹配装置和昂贵的射 频电源装置，适合溅射导 体或者半导体材料。现已 经在工业上大量使用。
开始生长
• 开气瓶，开腔体上的Ar充气阀，开流量计MFC2 （15ml/min），关时顺序相反。 • 开射频源ON，调节功率和自偏压，使功率在 180W，尽量将自偏压调到最小。 • 开挡板，通过调节分子泵手动阀保持气压在 3.5Pa，调节射频源保持功率在180W。 • 按需要开触摸屏中的4个按钮，第一个为样品托 旋转，第二个为加热，第三个为灯 • 将靶材打上一段时间后，手动开片子下的挡板， 开始生长。
关闭系统
• 生长完成后，先关手动挡板，关射频源(先将功率 调零->off->开关)，关靶材挡板，关旋转，关分子 泵手动阀，关分子泵，关气（与开气顺序相反） • 待分子泵转数降下来后，关前级阀，关机械泵 • 充气到10-5Pa，取片 • 关升降，用机械泵抽真空到4Pa以下 • 关机械泵 • 关电源及循环水
• 2.如何开启真空罩、关闭真空罩（操作）
开循环水->开总电源->开真空计->开通气阀->待真空计示数显示为标 准大气压时按操作台上上升键->关闭通气阀->按操作台上下降键
谢 谢 ！
基片 e E Ar e + Ar+ + Ar+ e 靶材
V (<0)
磁控溅射原理
电子在电场力作用下迅速飞向基片表面：
•
电子与Ar原子碰撞几率低，Ar离子密度偏低，溅射效率 低，成膜速度慢 • 电子运动路径短，轰击在基片上速度快，导致基片温度 升高。
磁控溅射原理
•
电子在加速飞向基片的过 程中受到磁场洛仑磁力的影 响，被束缚在靠近靶面的等 离子体区域内，并在磁场的 作用下围绕靶面作圆周运动 ，该电子的运动路径很长， 在运动过程中不断的与氩原 子发生碰撞电离出大量的氩 离子轰击靶材，经过多次碰 撞后电子的能量逐渐降低， 摆脱磁力线的束缚，远离靶 材，最终沉积在基片上。
磁控溅射原理
• 电子运动路径变长，与Ar原子碰撞几率增加，提高溅 射效率。
• 电子只有在其能量将耗尽时才会落到基片上，基片温 度上升慢。
影响溅射效率的因素
• 磁场分布
• 工作气压
• 工作电压
• 溅射功率 • 靶基距
磁控溅射的分类
• 射频（RF）磁控溅射
• 直流（DC）磁控溅射
射频（RF）磁控溅射
注意事项
• 1.开系统前确定循环水已经打开。 • 2.开分子泵前，保证通气阀、机械泵手动 阀、Ar通气阀处于关闭状态。 • 3.关闭射频源时，确定已经将射频功率调 零 • 4.流程中给出的Ar气流量、射频功率、生 长压力为生长ZnO时的参考值
Байду номын сангаас
题目
• 1.说明磁控溅射原理
溅射法是利用气体辉光放电过程中产生的正离子与靶材料的表面 原子之间的能量交换，把物质从源材料移向衬底，实现薄膜的淀积。 磁控溅射是在一般溅射法的基础上，于靶材料下方装上磁性材料 ，通过磁场约束电子的运动，延长电子的运动路径，提高电子碰撞Ar 原子的几率，进而提高溅射速率。另外电子能量耗尽时才会落在基片 上，使基片温度上升缓慢。
磁控溅射设备原理与操作
大连光电研发中心 2011年9月
溅射简介
• “溅射”这一物理现象是1852年英国物理学家 格罗夫(William Robert Grove)在气体放电实验中发 现的。但由于早年用的直流溅射有许多缺陷，故长 期未能得到应有的发展。直到本世纪50年代中期， 随着科学技术的发展，特别是高技术对优质功能材 料薄膜的需要，溅射工艺才得到不断的发展和改进 。