Arcing problem

起靶面电弧打火以及阳极消失的问题；3、溅射速率高，大规模量产奠定基础。
缺点 1、设备要求较高；2、工作压强范围很窄；3、各种控制要求精准；4、靶材 要求为对靶。
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1、SiO2的制备
理论基础（反应溅射中迟滞效应） 反应制备SiO2时，靶材可能处于两种不同的稳定状态，状态转化中各种参数的 变化由靶面状态决定。 靶面上总是存在着溅射和反应成膜两个相反的过程： 1、氧气流量小时，靶面 基本是Si，表现出溅射速率高，氧气消耗量大而氧分压强底等特点，称为金属态； 2、当氧气流量增加到一定程度时，靶面迅速被氧化物SiO2覆盖，溅射速率随之大 大下降，称之为氧化态，也称中毒态。
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常见的透明导电薄膜（解决透明性和导电性的矛盾关系）





ITO：主要成分是In2O3 ，其禁带宽度为3.75~4.0eV，导电依靠附加能级上的电 子和空穴激发，掺锡Sn后形成的氧空位在材料中，使得载流子浓度大大加强， 电阻率急剧下降。目前大规模量产条件已达到。 AZO：主要成分是半导体ZnO，其禁带宽度为3.37eV，掺杂Al后变为透明导电 薄膜，导电类型为n型，但目前还处于研究阶段。 FTO：掺杂氟的SnO2透明导电玻璃(SnO2：F) 。FTO玻璃被作为ITO导电玻璃 的替换用品被开发利用，可被广泛用于液晶显示屏，光催化，薄膜太阳能电池 基底、染料敏化太阳能电池、电致变色玻璃等领域。膜层稳定性好，耐酸碱， 但透光性和导电性能较差。 石墨烯：一种二维碳材料，新一代的透明导电材料。常见的方法为机械剥离法 、氧化还原法、SiC外延生长法和CVD。石墨烯有良好的导电性，每个碳原子 都有一个未成键的p电子，p电子可在晶体中自由移动，运动速度高达光速的 1/300。在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段 ，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。也可作为柔性显示的基础材料。 银纳米线：银纳米线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应， 还具有优异的透光性、耐曲挠性。因此被视为是最有可能替代传统ITO透明电 极的材料，为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能，并已有大量 的研究将其应用于薄膜太阳能电池。
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谢谢观看！
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靶材使用特点：1. 铟锡合金靶（①靶材利用率高，生产成本低； ②通过等离子体 光谱监测负反馈系统调节氧气流量能使薄膜保持稳定的化学配比；③中频反应磁控 溅射可有效抑制靶中毒，阳极消失，靶面打火等现象，溅射过程稳定有效率）； 2. ITO陶瓷靶（①使用旋转靶材，利用率高达75%； ②不需要使 用O2作为反应气体； ③溅射速率低④合适的溅射功率，适合的工作电压。低电压
Arcing Problems, MF Magnetron Sputtering of SiO2 and ITO
Jennifer Wang 2015.08.10
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Arcing 打弧（异常辉光放电）
溅射制备ITO薄膜由于ITO薄膜本身含有氧元素，磁控溅射制备ITO薄膜的过程中， 会产生大量的氧负离子，氧负离子在电场的作用下以一定的粒子能量会轰击到所沉 积的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的结晶结构和晶体状态造成结构缺陷，从而导致了 ITO薄膜的电阻率上升（是不是我们溅射时通入少量O2的原因呢？）
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实验难题
1. 溅射速率和合适的化学配 比之间的矛盾相关性
解决办法

阻塞反应气体到达靶面，使氧气管道尽可能 靠近基板，使氩气管道尽可能在靶面附近。 反应气体开关使用定时电路控制压电阀的通 断，来控制氧气的注入。 使用快速反馈自动控制反应气体注入：等离 子体发射光谱监测法；靶电压监测法。 使用中频磁控溅射，在绝缘膜积累正电荷到 发生击穿所需的时间前，通过靶材阴阳极交 替，释放靶材正电荷

ຫໍສະໝຸດ Baidu
靶电压：作为采样参数（根据迟滞回线可知，靶电压过高，说明O2流量过小，靶 面是金属态；适当增加O2流量，可使靶电压降低； O2流量过大，靶面完全处于
氧化态，靶电压大大下降。与智能玻璃镀Li加少量O2降低电压原理相通）。

工作气压：1~5Pa（ Si 靶工作稳定，压电阀易控制O2流量，沉积速率适中）

2. 溅射的稳定性

3. 过程中打火和靶中毒

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2、ITO(氧化铟锡)的制备

靶材：铟锡合金靶；ITO陶瓷靶（质量比 In2O3:SnO2=9:1） 溅射气体：氩气（ Ar，工作气体）和氧气（O2 ，反应气体，气体流量受等离子体 发射光谱负反馈控制，其中金属铟451nm的特征谱线与反应气体分压有关）；氩气 （ Ar，工作气体）
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中频磁控溅射 （MF magnetron sputtering）
特点 溅射使用靶材为对靶。中频交流电源的两个输出端，分别接到闭合磁场非平 衡溅射双靶的各自阴极上，因而在双靶上分别获得相位相反的交流电源，一对磁 控溅射靶则交替成为阴极和阳极。 优点 1、提高磁控溅射运行的稳定性；2、可避免被毒化的靶面产生电荷积累，引
磁控溅射过程中，由于某些原因，靶材表面附近区域的气体放电由稳定的
辉光放电变为电流密度很大的弧光放电，这种现象对溅射过程有害，需要关注 并制止。 现象 靶材表面附近的气体放电区由 出现电火花击穿现象。 危害 1、损害成膜稳定性；2、溅射靶上沉积和积聚颗粒，生成团块，沉积到薄 膜上引起薄膜缺陷；3、电流过大，可能导致靶被击穿，电源损坏等等。 原因 1、靶材表面氧化严重；2、溅射腔室比较赃污；3、阴极磁铁有脱落松动， 磁场不均匀；4、漏水、漏气；5：靶材密度过小，空隙率高，空隙中存在的氧 气将靶材氧化；6、Carrier bar明显松动，传送过程中晃动较大（京东方）。 对策 1、磨削靶面或预溅射； 2、检漏；3、购买并使用均匀致密的靶材； 4、清 理腔室；5：设置合适的反应气体分压
优点及应用领域

折射率低、消光系数小、附着力强、在可见光和近红外区域均透明； 硬度大、耐磨损、绝缘性好、抗腐蚀等机械性能； 电阻高、附着力强、表面平整等特点。 （非晶硅太阳能电池的光吸收层；半导体存储器件的电荷存储层；集成电路 CMOS、SiGe MOS管、TFT中栅介质层）
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图1 反应溅射中的迟滞回线
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实验工艺

靶材：Si孪生双靶 溅射气体：流量比Ar:O2 =2:1，较佳。（原因：O2流量为零时，溅射镀上的是Si
；氧气流量较小时，没有得到充分的氧化，易形成SiO, Si2O3, Si3O4 ）;氧气流量 过大时，膜层富氧，进入氧化态。Ar流量过低，溅射速率会变慢。