离子束溅射
离子束溅射Si／Ge多层膜的界面结构研究
３ 结 果 与 分 析
３１ Ｓ／ ｅ多层膜 的共 聚焦显微 Ｒ ｍ ｎ图谱分析 ． ｉ Ｇ ａａ
些仪器可 获得高质量 的 Ｓ／ ｅ 晶格 材料 ， ｉ 超 Ｇ 但价格 昂贵 ， 制备成 本高 ， 以实现工业 化生产 。离子束溅 射法能够 难 生长 出质 量较好 的薄膜 ，且生产成本 低、操作 方便 ，有
不同周期数 的 Ｓ／ ｅ多层膜样 品。 ｉ Ｇ 通过 Ｒ ｍａ ａ ｎ光谱 和 ｘ 射线 小角衍射对 薄膜 进行 了表征 和分析 ， 现随着生 长 发 周期数 的增加 ，层与层之 间的互扩散 效应 逐渐减 弱，界 面结构逐渐清 晰，生长周期 为 ２ ５的样 品界 面最平整 。 关键词： Ｓ／ ｅ多层膜 ；界 面结构；离子束溅 射 ｉ Ｇ 中图分类号： ０ ８ ． ４ ４５ 文献标识码 ：Ａ
２昆明理工大学 材 料科学与冶 金工程学 院 ，云南 昆明 ６ ０ ９ ） ． ５０ ３ 摘 要 ： 采用 离子束溅射技 术 ，在玻 璃衬底 上制备 了
不 同周期数 的 Ｓ Ｇ ｉ ｅ多层 膜样 品。 ／ 实验靶 材为高纯 单晶硅 （ ９９ ９ ９ ． ％）和 高纯单 晶锗 ９
（ ９９ ９ ， 别固定在 四工位转靶 中相互 垂直的两个 ９ ． ％） 分 ９ 靶位 上。硅 靶和锗靶 由步 进 电机驱动轮 流溅射 ，通过计
从 图中我们 可 以看到 ，中心 峰位位于 ２ ５ ｍ ６ 附近 ｃ 的 Ｇ —Ｇ ｅ ｅ键振动峰 ， Ｇ 与 ｅ晶体 Ｇ — Ｇ 键 的 Ｔ ｅ ｅ Ｏ峰峰
本实验 室曾研 究过 Ｓ Ｇ ｉ ｅ多层膜 的晶粒 大小 、结 晶 ／ 性 、红外 吸收和 发光 特 性［１等 。本 文 则通过 Ｒ ｍａ ９１ － ａ ｎ 光谱和 ｘ 射线小 角衍射对所 制备 的一 系列样 品进行 了 表 征和 分析 ，讨 论了不 同周期 下 Ｓ／ ｅ ｉ 多层 膜界面结构 Ｇ
聚焦离子束溅射(FIB)
题目：A Review of Focused Ion Beam Sputtering
作者：Mohammad Yeakub Ali, Wayne Hung and Fu Yongqi
期刊：International journal of precision engineering and manufacturing vol. 11, no. 1, pp. 157-170
3FIB溅射模型
尽管FIB溅射能制备高精确度的微元件，控制溅射深度是相当困难的。如果衬底的材料既不是集成电路，也不是晶圆，那么SIMS（二次离子质谱技术）能以20nm的精确度探测并鉴定出过渡层。但是，对于单一组成的材料而言，SIMS技术则无法使用。这样就导致末端点的检测成为FIB溅射的难点。表面粗糙度的估测则是FIB溅射微加工中的另一个关键性问题。在如下几个部分中，若干模型被讨论如何达到期望的溅射深度、几何完整性以及表面抛光处理。
他们较高的质量能诱导溅射效应的发生。加速电压使离子在接地点加速，加速电压越高，离子移动速度越快
2.1仪器
基本的单波束仪器由液态金属离子源、一个离子柱、样品载台、真空腔组成。
典型的离子束显微镜包括液态金属离子源及离子引出极、预聚焦极、聚焦极所用的高压电源、电对中、消像散电子透镜、扫描线圈、二次粒子检测器、可移动的样品基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电路控制板和电脑等硬件设备。
在给定入射角度的溅射产额随有多种因素变化，通道的晶体取向。容易的通道取向，离子只经历非弹性作用，与躺在晶面里样品原子掠射角碰撞，在引起弹性散射前，深入晶体内部，因此只有少数原子从表面被溅射。这好比晶体取向效应对低能电子产额的影响。在垂直晶界的溅射通道效应。溅射剖面图还有赖于在样品表面扫描光栅的方向和序列。例如，环形的溅射轮廓，被快速和重复的扫描切割，与慢扫描逐点切割不同。
射频离子束辅助溅射镀膜设备的研制
ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｏ ｔ ｉ ｆ ｌ ａ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｉ ｆ ｌ ｍ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｗａ ｙ ｏ ｆ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＲＦ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ａ ｍ
ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ＲＦ ｎｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ ． Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｉ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ； Ｓ ｐ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ： Ｆｉ ｌ ｍ； Ｉ ｏ ｎ ｂｅ ａ ｍ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ； Ｓ ｐｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ
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Байду номын сангаас
射频 离子束 辅助 溅射镀膜 设备 的研 制
陈特超 ， 龙 长林 ， 胡 凡， 刘 欣， 王慧勇
（ 中 国 电子 科 技 集 团公 司 第 四十 八 研 究 所 ， 湖 南 长沙 ４ １ ０ １ １ １ ）
关键 词 ：离子 束 ； 溅射； 薄膜 ； 射 频 离 子源 ； 溅 射 靶 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ３ ０ ５ ． ９ ２ 文献 标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ４ — ４ ５ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ ０ ０ １ — ０ ４
溅射物理[解析]
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第六章溅射物理我们知道具有一定能量的离子入射到固体表面上时，它将同表面层内的原子不断地进行碰撞，并产生能量转移。
固体表面层内的原子获得能量后将做反冲运动，并形成一系列的级联运动。
如果某一做级联运动的原子向固体表面方向运动，则当其动能大于表面的结合能时，它将从固体表面发射出去，这种现象称为溅射。
早在1853年Grove就观察到了溅射现象，他发现在气体放电室的器壁上有一层金属沉积物，沉积物的成份与阴极材料的成份完全相同。
但当时他并不知道产生这种现象的物理原因。
直到1902年，Goldstein 才指出产生这种溅射现象的原因是由于阴极受到电离气体中的离子的轰击而引起的，并且他完成了第一个离子束溅射实验。
到了1960年以后，人们开始重视对溅射现象的研究，其原因是它不仅与带电粒子同固体表面相互作用的各种物理过程直接相关，而且它具有重要的应用，如核聚变反应堆的器壁保护、表面分析技术及薄膜制备等都涉及到溅射现象。
1969年，Sigmund 在总结了大量的实验工作的基础上，对Thompson的理论工作进行了推广，建立了原子线性级联碰撞的理论模型，并由此得到了原子溅射产额的公式。
对于低能重离子辐照固体表面，可以产生原子的非线性级联碰撞现象，通常称为“热钉扎”(thermalized spike) 效应。
在1974年，这一现象被H.H. Andersen 和H. L. Bay的实验所验证。
本章主要介绍溅射物理过程的一些基本概念和特征、计算溅射产额的Sigmund的线性级联碰撞模型、Matusnami 等人的溅射产额经验公式、热钉扎溅射以及溅射过程的计算机模拟等。
最后，我们还对表面腐蚀现象与溅射过程之间的关系进行简要的讨论。
§6.1 溅射过程的一般描述溅射过程可以用溅射产额Y这个物理量来定量地描述，其定义为平均每入射一个粒子从靶表面溅射出来的原子数，即每入射一个粒子溅射出来的原子数 Y (6.1-1)溅射产额依赖于靶材料的结构、成份及表面形貌，同时还与入射离子的能量、电荷态和种类有关。
分子束外延法及离子束溅射法生长CdTe和HgCdTe膜的比较
１ ９ 年第 ２期 ９１
红 外 与激光 技术
一 ３ ５
／
／
分子 束 外 延 法及 离 子束 溅 射 法
。
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生长 Ｃ Ｔ 和 Ｈ Ｃ Ｔ 膜的比较 ｄ ｅ ｇ ｄｅ 和
氏 ．
主 题词
分 子 柬 外 延
离 子 柬 溅 射
二 、 实 验 技 术
（ ） 分 子 束 外 延 生 长 一
本 研究 工 作 中 生 长 的 所 有 Ｉ Ｓ 、 Ｃｄ 和 Ｈｇ Ｔｅ ， 都 是 在 ＶＧ一 ０ 真 空 发 生 器 ｎｂ Ｔｅ Ｃｄ 层 ８Ｈ
分 子 束 外 延 装 置 中制 备 的。 ＩＳ ｎ ｂ薄 膜 生 长 需 要 元 素 铟 和 锑 源 的蒸 发 。 Ｃｄ ｅ薄 膜 是 用 单 个 Ｔ 扩 散 源 蒸 发 得 到 。 Ｈｇ Ｔｅ薄 膜 制 备 使 用 了 汞 、 碲 和 碲 化 镉 三 个 源 。 通 过 调 整 ＣｄＴ Ｃｄ ：ｅ相 对比率，也即相对变动碲源 的温度 （ 固定 Ｃ Ｔ ｄ ｅ流 量 ） 来 控 制 合 金 的 组 分 。 衬 底 包 括 离 子 清 洗 和 Ｍ ＢＥ生 长 的 （ ０ ）Ｉ Ｓ ０ １ ｎ ｂ和 Ｃｄ Ｔｅ薄 片。 在 某 些 沉 积 之 前 和 沉 积期 间进 行 了 原 位
本 文的主 要 目的是， 专门参 考在 我们 这些实验室 Ｊ 和其他 别处 ｌ 对外延质 量、薄膜 ｌ
组 分 和 电 学 特 性 的 控 制 和 最 佳 化 方 面 的 最 新 进 展 ， 评 述 Ｍ Ｂ 生长 Ｃｄ Ｅ Ｔｅ和 Ｈｇ Ｔｅ 的 Ｃｄ 膜
现 状 。 本 文 也 讨 论 了 在 离 子 束 溅 射 Ｃｄ 、 Ｈｇ Ｔｅ Ｘｅ和 Ｈｇ Ｔ Ｃｄ ｅ膜 方 面 的 最 新 结 果 ｌｌ】 就 】”。 ｌ Ｍ Ｂ 和 离 子 束 溅 射 方 法 的 主 要 方 面 进 行 了 比 较 ， 井 认 为 离 子 束 方 法 可 以 有 助 于 消 除 Ｅ ＭＢ Ｅ的 某 些 局 限 性 。
离子束溅射讲解学习
1.离子束溅射的基本原理
产生离子束的独立装置被称为离子枪，它提供 一定的束流强度、一定能量的Ar离子流。离子束以 一定的入射角度轰击靶材并溅射出其表层的原子， 后者沉积到衬底表面即形成薄膜。在靶材不导电的 情况下，需要在离子枪外或是在靶材的表面附近， 用直接对离子束提供电子的方法，中和离子束所携
2.4 溅射产额与入射离子能量的关系
这个图给出的是Ni的溅射产额与 入射离子能量之间的关系。由图 可以清楚地看出的规律是：从一 定阈值开始有溅射，随着入射离 子能量的增加，溅射产额增加。 然后又逐渐下降。这是因为：随 着入射离子能量的增加，位移原 子的数目及能量都跟着增加，但 另一方面，当入射离子能量增加 时，它射入晶格更深处，而深处 的位移原子并不能从表面上逸出， 因而溅射产额降低，这两个因数 决定了溅射与入射离子能量的关 系。
2.5 溅射产额与衬底温度的关系
这个图给出了35KeV的Co+轰 击Si靶，在Si基底上的相对溅 射产额与衬底温度的关系图， 从图可知，随着衬底温度的升 高，相对溅射产额逐渐降低。 导致溅射产额下降的主要原因 是，当温度升高时，有一部分 离子穿入到膜的内部，从而把 能量消耗在材料内部。另一方 面，由于温度的升高，晶格原 子的布郎运动加剧，阻止了离 子进一步遂穿到膜内部，从而 有助于产额的提高。但由于设 备不能够提供足够高的温度， 所以图中没有最低点和逐渐上 升的部分。
溅射产额
溅射产额指的是一个初级离子平均从表面上溅射 的粒子数。也就是指平均每入射一个粒子从靶表 面溅射出来的原子数，即
溅射出来的原子数 Y 每入射一个粒子
影响溅射产额的因素
❖ 靶材料的表面结构、原子序数 ❖ 入射离子的角度、能量 ❖ 衬底温度
2.1 溅射产额与靶表面的关系
溅射的概念
溅射的概念溅射是一种物理过程，用来描述当高速离子或原子与固体物体碰撞时，离子/原子会从物体表面弹出的现象。
这种现象可以看作是粒子束撞击固体表面时，离子/原子与固体表面原子/分子相互作用产生的结果。
溅射广泛应用于材料科学、表面工程、纳米技术和电子行业等领域。
溅射有许多不同的变种，其中最常见的是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）溅射和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）溅射。
物理气相沉积溅射是将固体材料通过蒸发、电弧放电、激光等方式转化为气体或离子状态，然后让这些离子/原子沉积到基底上形成薄膜。
多种形式的物理气相沉积溅射技术包括磁控溅射、电子束物理气相沉积（Electron Beam Physical Vapor Deposition, EB-PVD）和离子束物理气相沉积（Ion Beam Physical Vapor Deposition, IB-PVD）等。
在物理气相沉积溅射中，溅射源通常是一个固体靶材，通过一系列工艺参数的控制，如离子能量、束流密度、粒子射击角度等，离子在撞击固体表面时会发生溅射现象。
溅射结果取决于多种因素，包括材料的物理化学性质、离子束的能量和角度、靶材和基底的距离以及背景气体的压力等。
当高能离子撞击固体表面时，它们会与固体中的原子或分子发生相互作用，传递部分能量并导致表面原子或分子弹出。
这些弹出的原子或分子以气体的形式扩散到基底表面附近，并沉积在基底上形成一层薄膜。
溅射过程还可以产生粒子束剩余或散射，这些剩余粒子可能会对沉积的薄膜质量产生负面影响。
因此，在溅射过程中，必须精确控制溅射参数以获得高质量的薄膜。
此外，溅射过程还可能导致靶材热化、漏斗效应和目标中的组分变化等问题，这些也需要在工艺设计中考虑。
化学气相沉积溅射也是常见的溅射技术，其使用化学反应代替物理撞击来产生薄膜。
通过在反应器中引入气体前体，如金属有机化合物或金属气体，这些气体前体在反应器中分解或反应成离子或原子，然后沉积在基底上形成薄膜。
稀土材料光学薄膜的制备技术
稀土材料光学薄膜的制备技术概述稀土材料光学薄膜是一种具有特殊光学性质的薄膜材料。
它能够在特定波段内实现高透过率、高反射率等光学效应，被广泛应用于光学器件、激光技术、光通信等领域。
本文将介绍稀土材料光学薄膜的制备技术及其在实际应用中的重要性。
制备技术物理气相沉积法（PVD）物理气相沉积法是制备稀土材料光学薄膜的常用方法之一。
它通过蒸发源将稀土材料蒸发成气体，然后在基底表面沉积形成薄膜。
物理气相沉积法有多种类型，包括蒸发、溅射、离子束共沉积等。
在蒸发法中，将稀土材料加热至其熔点以上，使其蒸发成气体，然后沉积在基底表面。
这是一种简单易行的方法，适用于制备较厚的稀土材料光学薄膜。
溅射法则是通过高能粒子轰击固体稀土材料，使其离子化并沉积在基底上。
这种方法可以控制薄膜的成分和结构，适用于制备复合薄膜。
化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是另一种常用的制备稀土材料光学薄膜的方法。
它通过在气氛中引入化学反应物，使其在基底表面发生化学反应生成稀土材料薄膜。
化学气相沉积法具有较高的成膜速度和较好的均匀性，适用于制备大面积的薄膜。
化学气相沉积法有多种类型，包括低压化学气相沉积法（LPCVD）、气相热分解法（APCVD）等。
在低压化学气相沉积法中，材料的前体物被气体携带到基底表面，并在表面发生热分解生成稀土材料薄膜。
在气相热分解法中，化学反应物被直接气化成薄膜材料，然后在基底表面发生化学反应生成薄膜。
离子束溅射法（IBS）离子束溅射法是一种高精度、高质量的稀土材料光学薄膜制备方法。
它通过高能离子束轰击固体稀土材料，使其离子化并沉积在基底上。
离子束溅射法可以控制薄膜的成分和结构，制备出非常均匀且光学性能优良的稀土材料薄膜。
离子束溅射法中离子源是关键。
常用的离子源有离子源溅射法（IS）和离子束源溅射法（IBD）。
其中离子源溅射法使用离子源发出离子束，离子束源溅射法则使用离子束源发出聚焦的离子束。
实际应用稀土材料光学薄膜的制备技术在实际应用中具有重要意义。
离子束溅射制备CdS多晶薄膜及性能研究
而增 大（． ３ ２４ ｅ 且 薄 膜 电 阻高达 １。 在 基底 ２ ３ ～ ． ２ Ｖ） Ｏ Ｑ； 温度 为 ４ ０ 条件 下 制 备 不 同厚 度 的 Ｃ Ｓ薄 膜 ， 现 ０℃ ｄ 发
道； 同时本 课题 组 已实 现 采 用 离 子 束 溅 射 方 法 制 备 薄
膜 太 阳 电池 的吸收 层 Ｃ Ｓ薄 膜 和 窗 口层 Ｚ Ｏ 薄膜 。 Ｉ ｎ
范
平 等 ： 子 束溅 射 制 备 Ｃ Ｓ多 晶薄 膜 及 性 能 研 究 离 ｄ
离 子 束 溅 射 制 备 Ｃｄ Ｓ多 晶 薄 膜 及 性 能 研 究
范 平 ， 广 兴 ， 东平 ， 兴 民 ， 京容 ， 盛 艺 梁 张 蔡 池 李
（ 深圳 大 学 物理 科 学 与技术 学 院薄 膜 物理 与应 用研 究 所 ， 东 深圳 ５ ８ ６ ） 广 １ ０ ０
（ 度 ９ ． ） 。基 底 是 厚 度 ３ 纯 ９９ 靶 ｍｍ 和 直 径 ３ ｒｍ 的 ０ ａ
１ 引 言
硫 化 镉 （ ｄ ） 一 种 重 要 的 Ⅱ一 族 化 合 物 直 接 带 ＣＳ是 Ⅵ
隙半 导 体材 料 ， 室温 下 具 有 ２ ４ ｅ 过程 分两 步 ： 首先 利用 辅 助离 子源 发射 出来 的 Ａｒ 离
ｎ型 Ｃ Ｓ作 为缓 冲层 材 料 ， 于其 晶格 常 数 与 Ｃ Ｓ相 ｄ 由 Ｉ 近， 减小 了晶格 失 配 ， 得 材 料 具 有 更 优 的 光 电 性 能 ， 使 此外 Ｃ Ｓ还起 到保 护层 的作 用 ， 免 了后 续溅 射 Ｚ Ｏ ｄ 避 ｎ 时对 Ｃ Ｓ薄膜 表 面 的 破 坏 ， 除 由此 引 起 的 电池 短 路 Ｉ 消 现象 ， 时 通 过 薄 膜 中 Ｃ 同 ｄ原 子 扩 散 到 Ｃ Ｓ表 面 有 序 Ｉ 缺 陷层 进 行 微 量 掺 杂 ， 改 善 异 质 结 的 特 性 。制 备 可
溅射镀膜技术
溅射镀膜技术薄膜是一种特殊的物质形态，由于其在厚度这一特定方向上尺寸很小，只是微观可测的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物质连续性发生中断，由此使得薄膜材料产生了与块状材料不同的独特性能。
薄膜的制备方法很多，如气相生长法、液相生长法(或气、液相外延法)、氧化法、扩散与涂布法、电镀法等等，而每一种制膜方法中又可分为若干种方法。
薄膜技术涉及的范围很广，它包括以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的成膜技术，以离子束刻蚀为代表的微细加工技术，成膜、刻蚀过程的监控技术，薄膜分析、评价与检测技术等等。
现在薄膜技术在电子元器件、集成光学、电子技术、红外技术、激光技术以及航天技术和光学仪器等各个领域都得到了广泛的应用，它们不仅成为一间独立的应用技术，而且成为材料表面改性和提高某些工艺水平的重要手段。
溅射是薄膜淀积到基板上的主要方法。
溅射镀膜是指在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。
一．溅射工艺原理溅射镀膜有两类：离子束溅射和气体放电溅射1. 离子束溅射：在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。
特点：①离子束由特制的离子源产生②离子源结构复杂，价格昂贵③用于分析技术和制取特殊薄膜2. 气体放电溅射：利用低压气体放电现象，产生等离子体，产生的正离子，被电场加速为高能粒子，撞击固体（靶）表面进行能量和动量交换后，将被轰击固体表面的原子或分子溅射出来，沉积在衬底材料上成膜的过程。
二. 工艺特点1.整个过程仅进行动量转换，无相变2.沉积粒子能量大，沉积过程带有清洗作用，薄膜附着性好3.薄膜密度高，杂质少4.膜厚可控性、重现性好5.可制备大面积薄膜6.设备复杂，沉积速率低。
三．溅射的物理基础——辉光放电溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。
整个溅射过程是建立在辉光放电的基础上，使气体放电产生正离子，并被加速后轰击靶材的离子离开靶，沉积成膜的过程。
不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，包括：直流辉光放电—直流溅射、射频辉光放电—射频溅射和磁场中的气体放电—磁控溅射1. 直流辉光放电指在两电极间加一定直流电压时，两电极间的稀薄气体（真空度约为13.3-133Pa）产生的放电现象。
离子束溅射Ge薄膜的生长特性研究
科教 前 哨
科 技 视 ， Ｗ－
２１年 ８ ０２ 月第２ 期 ２
离子束溅射 Ｇ 薄膜的生长特性研究 ｅ
宋 超
【 山师范学院 广东 韩
【 摘
潮州 ５ １ ４ ） ２ ０ １
要 】 用超 高真空 离子束溅射设备 ， 不同生长柬流 下， 采 在 制备 了 系 一 列的 Ｇ 薄膜材料 。 ｅ 通过对材料厚度 的测量 ， Ｇ 对 ｅ
片作为衬底 。溅 射前 ， 先后经过丙酮 、 衬底 酒精超声 清洗 １ ０
分钟左 右除去 油和蜡 ，然后 在 ｈ ０的 ＨＦＨ０溶液 中漂洗 ２ ：
２ ～ ０ 去除 自然氧化层 ， ０ ３ｓ 获得平 整的表 面。待衬底 晾干后放
ｒ ｐ ｒ ｎ ｈ ｓ ｓａ ｄ Ｅ ｅ ｔｉ ｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ， ｎ ｈ ｎ Ｎ ｒ ｌ ｎｖ ｒｉ ， ａ ｚ ｏ ａ ｇ ｏ ｇ ５ １ ４ ， ｌｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｔ Ｐ ｙ ｉ ｎ ｌｃｒ ａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ Ｈａ ｓ ａ ｏ ｍａ ｉ ｅ ｓ ｙ Ｃｈ ｏ ｈ ｕＧｕ ｎ ｄ ｎ ，２ ０ １Ｃ ｌ ａ ｍｅ ｏ ｆ ｃ ｃ Ｅ Ｕ ｔ ｉ
【 ｂｔ ｃ］ ｅ ｅ ｏ ｇｒａｉ ｌｓ ｅ ｒ ａ ｄｏ ｏｏｒ ｔｌ ｅｓｉ ｎｓｂｔｔ ｂ ｓ ｇｔ ｎｂａ ｕｅｎ Ａ ｓ ａｔ ｓ ｉ ｆ ｅ ｎ ｍ ｆｍ ｒ ｐ ｐｒ ｎｍ ｎｃ ｓ ｌ ｌｏ ｓａ ｙｕｉ ｌ ｉ ｅｍ ｓ ｔｒ ｇ ｒ Ａ ｒｓ ｍ ｕ ｉ ｗ ｅ ｅ ｅ ｙ ａｉ ｉｃ ｕ ｒ ｅ ｎ ｎ ｌ ｏ ｅ ｐ ｔｉ
薄膜的生长速 率与生长柬流的变化关 系 进行分析 ， 结果表 明， 薄膜的生长速 率随 着生 长束流的增加 而增 大， 变化趋 势上能 ｅ Ｇ 在 较好的满足二项式曲线关系。样品 Ｒ ｍ ｎ ａ ａ 光谱的测量结果表 明， 随着生长束 流的增加 ，ｅ Ｇ 薄膜的结晶性 变化不明显 ， 主要表现
离子束溅射
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2007年第 4期
LABORA TORY SC IENCE
2007年 8月出版
的 ,因而比真空镀膜得到均匀厚度的膜层 ,对于具 有勾槽 台阶等镀件 ,能将阴极效应造成膜厚差别 减小到可以忽略的程度 。但是 ,较高压力下溅射会 使膜中含有较多的气体分子 。
(4)溅射镀膜除磁控溅射外 ,一般沉积速率都 较低 ,设备比真空蒸镀复杂 ,价格较高 ,但是操作单 纯 ,工艺重复性好 ,易实现工艺控制自动化 。溅射 镀膜比较适宜大规模集成电路磁盘光盘等高新技 术的连续生产 ,也适宜于大面积高质量镀膜玻璃等 产品的连续生产 。 2. 离子束溅射的基本规律
图 1给出的是溅射产额与离子入射角之间的 关系 [ 10 ] 。其中 Θ 是入射方向与法线的夹角 。由 图可见 ,Θ = 80°～85°时溅射产额最大 ,但对不同 的材料 ,增大情况不一样 。这是因为当入射角 Θ 增大时 ,入射离子的能量更多地耗散在靶近表面 区 ,使溅射产额增大 。但当 Θ 过大时 ,入射离子弹 性散射的几率增大 ,传给靶导致溅射的能量减少 , 因而使溅射产额急剧下降 。
2007年第 4期
实 验 室 科 学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2007年 8月出版
离子束溅射沉积薄膜技术概述
郑长波 徐惠敏 杨 恒 齐曙光
离子束溅射
应用
理想的薄膜应该具有光学性质稳定、无散射 和吸收、机械性能强和化学性质稳定等特征，而 离子束溅射技术正好提供了能够达到这些要求的 技术平台，目前离子束溅射技术的应用领域不断 地被拓宽，并且应用的光谱波段也早已从可见光 拓宽到红外、紫外、χ射线等范围。离子束溅射技 术在光纤、计算机、通信、纳米技术、新材料、 集成光学等领域即将发挥其强大的作用。
溅射镀膜中的入射离子一般利用气体放电法得到因而其工作压力在102pa10pa范围所以溅射离子在飞到基体之前往往已与真空室内的气体分子发生过碰撞其运动方向随机偏离原来的方向而且溅射一般是从较大靶表面积中射出的因而比真空镀膜得到均匀厚度的膜层对于具有勾槽台阶等镀件能将阴极效应造成膜厚差别减小到可以忽略的程度
2.4 溅射产额与入射离子能量的关系
这个图给出的是Ni的溅射产额与 入射离子能量之间的关系。由图 可以清楚地看出的规律是：从一 定阈值开始有溅射，随着入射离 子能量的增加，溅射产额增加。 然后又逐渐下降。这是因为：随 着入射离子能量的增加，位移原 子的数目及能量都跟着增加，但 另一方面，当入射离子能量增加 时，它射入晶格更深处，而深处 的位移原子并不能从表面上逸出， 因而溅射产额降低，这两个因数 决定了溅射与入射离子能量的关 系。eV的Co+轰 击Si靶，在Si基底上的相对溅 射产额与衬底温度的关系图， 从图可知，随着衬底温度的升 高，相对溅射产额逐渐降低。 导致溅射产额下降的主要原因 是，当温度升高时，有一部分 离子穿入到膜的内部，从而把 能量消耗在材料内部。另一方 面，由于温度的升高，晶格原 子的布郎运动加剧，阻止了离 子进一步遂穿到膜内部，从而 有助于产额的提高。但由于设 备不能够提供足够高的温度， 所以图中没有最低点和逐渐上 升的部分。
可以使离子束精确聚焦和扫描，在保持离子 束特性不变的情况下，可以变换靶材和基片 材料，并且可以独立控制离子束能量和电流。 由于可以精确地控制离子束的能量、束流大 小与束流方向，而且溅射出的原子可以不经 过碰撞过程而直接沉积薄膜，因而离子束溅 射方法很适合于作为一种薄膜沉积的研究手 段。
举例说明薄膜制备的几种方式及特点
薄膜制备是一种常见的工程技术，可以用于制备各种材料的薄膜，包括聚合物、金属和无机物等。
在实际应用中，薄膜制备的方式有很多种，每种方式都有其特点和适用范围。
本文将举例说明薄膜制备的几种常见方式及其特点，以便读者更好地了解薄膜制备技术。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，然后将溶液滴在旋转的基板上，通过离心力将溶液甩到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 简单易行，无需复杂的设备。
2. 可以制备较大面积的薄膜。
3. 适用于制备柔性基板上的薄膜。
然而，溶液旋涂法的缺点也很明显，例如溶液的浓度和旋转速度对薄膜质量的影响比较大，且薄膜厚度不易控制。
二、真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备方式，其原理是将制备材料加热至蒸发温度，然后在真空条件下蒸发到基板表面形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备高纯度的薄膜。
2. 薄膜的厚度和组分可以精确控制。
3. 适用于制备高要求的光学薄膜和导电薄膜。
但真空蒸发法也存在一些问题，例如对制备材料的纯度要求较高，设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
三、喷雾法喷雾法是一种以喷雾技术为基础的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，通过气雾喷射技术将溶液喷洒到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备均匀性较好的薄膜。
2. 适用于大面积薄膜的制备。
3. 可以制备复杂结构的薄膜。
喷雾法的缺点主要在于薄膜的厚度控制较难，且溶液浓度和喷雾条件对薄膜质量有较大影响。
四、离子束溅射法离子束溅射法是一种以物理气相沉积过程为基础的薄膜制备方式，其原理是利用离子束轰击靶材，使靶材表面蒸发形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 薄膜的成分均匀，密度高。
2. 可以制备复杂结构的薄膜。
3. 适用于制备高温材料的薄膜。
离子束溅射法的缺点在于设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
五、激光熔化法激光熔化法是一种以激光为能量源的薄膜制备方式，其原理是利用激光对基板上的薄膜进行加热，使薄膜融化后再凝固形成新的薄膜。
溅射靶材的制备方法
溅射靶材的制备方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：溅射靶材是一种重要的功能材料，广泛应用于半导体、光电子、光学等领域。
其制备方法多种多样，其中溅射技术是一种常见且有效的方法。
下面将介绍关于溅射靶材的制备方法及其相关知识。
一、溅射靶材的概念溅射靶材是指用于溅射法制备薄膜的材料，通常由纯度较高的金属、合金或化合物组成。
在溅射过程中，通过激发靶材表面的原子或离子，使其飞出并沉积在基底表面上，从而形成薄膜。
靶材的质量和纯度对薄膜的性能具有重要影响。
二、溅射靶材的制备方法1. 静电靶材制备法静电靶材制备法是一种比较简单直接的方法，只需将所需材料粉末压制成块状，然后将其作为溅射靶材使用。
这种方法制备的靶材成本较低，操作简便，适合制备一些常规的材料。
2. 反溅射法反溅射法是一种将目标物质置于靶材上，通过合适的条件，使目标物质向靶材表面沉积的方法。
这种方法可以在保证靶材表面光洁度的更均匀地沉积目标物质，提高溅射效率和薄膜质量。
3. 热压法热压法是将粉末材料经过预处理后，在高温高压下进行热压成型，然后再进行加热处理，得到合适形状和尺寸的溅射靶材。
这种方法可以提高靶材的密实度和均匀性，从而提高溅射的效率和薄膜的质量。
4. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过气相化学反应在靶材表面沉积原子或分子的方法。
在此方法中，靶材通常被加热至一定温度，利用化学气相反应产生的原子或分子沉积在其表面，形成薄膜。
这种方法可以制备高纯度、高均匀性的薄膜，适用于制备一些特殊材料。
溅射靶材的制备工艺包括原材料选取、材料混合、坯体制备、烧结成型、加热处理等环节。
原材料的选择和质量控制是制备高质量溅射靶材的关键。
良好的原材料不仅能够提高薄膜的纯度和性能，还能延长靶材的使用寿命。
四、溅射靶材的应用领域溅射靶材广泛应用于半导体、光电子、光学等领域。
在太阳能电池制备中，溅射靶材可用于制备透明导电氧化物膜；在液晶显示器制备中，溅射靶材可用于制备ITO透明导电膜；在光学薄膜制备中，溅射靶材可用于制备金属反射膜等。
薄膜物理 第3章 溅射法
(thermalized spike) 效应。
返 回
3.2 气体放电现象
在讨论气体放电现象之前，我们 先考思一下直流电场作用下物质的溅射现 象。如图3.1所示真空系统，在对系统抽 真空后，充入一定压力的惰性气体，如氩 气。在正负电极间外加电压的作用下，电 极间的气体原子将被大量电离，产生氩离 子和可以独立运动的电子，电子在电场作 用下飞向阳极，氩离子则在电场作用下加 速飞向阴极—靶材料，高速撞击靶材料， 使大量的靶材料表面原子获得相当高的能 量而脱离靶材料的束缚飞向衬底。
（5）工作气压对薄膜质量的影响
溅射气压较低时，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量 较高，这有利于提高沉积时原子的扩散能力，提高沉积组织的致密度。 溅射气压的提高使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化。
（6）直流溅射装置的缺点
不能独立控制各个工艺参数，如阴极电压、电流以及溅射气压； 使用的气压较高（10Pa左右），溅射速率低，薄膜质量（致密度、纯度）差。 （7）直流溅射装置的改进
表3.2是从沉积原理方面对溅射和蒸发这两种薄膜制备方法 进行的总结与比较
返 回
3.4 溅射沉积装置
靶材：纯金属、合金——通过冶炼或粉末冶金法制备，纯度及致密性较好。
化 合 物———粉末热压法制备，纯度及致密性较差。
主要溅射法： 直流溅射 射频溅射 磁控溅射 离子束溅射 其他溅射法
1 直流溅射
直流溅射又称阴极溅射或二极溅射，适用
于导电性较好各类合金薄膜。
（1）直流溅射设备(如右图） （2）直流溅射的基本原理：
在对系统抽真空后，充入一定 压力的惰性气体，如氩气。在正 负电极间外加电压的作用下，电 极间的气体原子将被大量电离， 产生氩离子和可以独立运动的电 子，电子在电场作用下飞向阳极， 氩离子则在电场作用下加速飞向 阴极—靶材料，高速撞击靶材料， 使大量的靶材料表面原子获得相 当高的能量而脱离靶材料的束缚 飞向衬底。
ibs镀膜损伤阈值
ibs镀膜损伤阈值
IBS（Ion Beam Sputtering）是一种利用离子束溅射技术进行薄膜沉积的方法。
镀膜损伤阈值取决于涉及的具体材料、薄膜的性质、应用场景等多个因素。
一般而言，损伤阈值通常是指在镀膜过程中，对薄膜产生损伤的最小条件或阈值。
以下是影响镀膜损伤阈值的一些因素：
1.材料属性：不同的材料对离子束的响应不同，其损伤阈值也会
有所不同。
一些材料可能更容易受到损伤，而另一些可能对离
子束具有更好的抵抗力。
2.薄膜厚度：薄膜的厚度也是一个重要因素。
通常来说，薄膜越
薄，其损伤阈值可能越低。
3.离子束能量和通量：离子束的能量和通量对薄膜的影响也很大。
高能量、高通量的离子束可能导致更明显的损伤。
4.薄膜用途和环境：薄膜可能用于不同的应用场景，而不同的环
境和使用条件可能会影响损伤阈值的设定。
具体的损伤阈值可能需要在实验室条件下通过一系列的测试和观察来确定。
这通常需要专业的材料科学家或工程师进行实验和分析。
如果你有特定的薄膜材料或应用场景，建议咨询专业的材料科学领域的专家以获取更详细的信息。
xps离子束溅射副反应
xps离子束溅射副反应
XPS（X射线光电子能谱）是一种表面分析技术，它利用X射线激发样品表面的原子，从而产生光电子，通过分析这些光电子的能量和数量来研究样品的化学成分和电子结构。
在XPS分析中，离子束溅射副反应是一个重要的现象。
离子束溅射是指当样品表面受到离子轰击时，部分表面原子会被离子击出，形成离子束溅射副反应。
这些溅射出的原子和分子会影响样品表面的化学成分和形貌，从而对XPS分析结果产生影响。
溅射副反应会导致样品表面的化学成分发生变化，使得XPS分析结果可能不准确。
另一方面，离子束溅射副反应也可以被利用。
通过控制离子束的能量和强度，可以实现对样品表面的精确加工和清洁，从而提高XPS分析的准确性和重复性。
此外，离子束溅射副反应还可以用于表面改性和纳米结构的制备，具有一定的应用潜力。
总的来说，离子束溅射副反应在XPS分析中是一个复杂而重要的现象，既可能对分析结果产生负面影响，也可以被合理利用来改善分析效果和实现表面加工。
因此，在进行XPS分析时，需要充分
考虑离子束溅射副反应的影响，并采取相应的措施来减小其影响，以确保分析结果的准确性和可靠性。
离子束溅射
离子束溅射
离子束溅射（Ion Beam Sputtering，IBS）是一种物理溅射方式，利用离子束将材料溅射到另一种物质表面上。
它使用加速的离子束发生碰撞和释放能量，从而将被溅射物质激烈地离开原位，形成粒子流，这些粒子会击中目标表面，因此在溅射表面形成一层薄膜。
离子束溅射技术可以用来制备各种材料的膜、涂层或其他复合材料，广泛应用于航空航天、半导体、信息存储、光学等多个领域。
由于它的超微细粒度和均匀分布，离子束溅射可以用来制备更好的磁性记录层、光学膜和涂层材料。
双离子束操作步骤
LDJ-2A双离子束系统双离子束溅射步骤：先检查一下靶材是否正确。
1.开机，开水，后面插电源（放气阀往里充气，同时将三个锁子打开）放好样品后关闭放气阀，将样品挡板关闭。
2.先开机械泵，然后开上管阀（抽10 min左右）抽至10Pa以下开下管阀，抽至10 Pa以下时，关闭上管阀，然后打开真空阀（左边大手柄），打开扩散泵，同时打开Model FP150中的电源，Start，待指示灯到Normal时才可以离开。
抽气1-2小时。
3.低真空度测试，按下黄色按钮，高真空度测试，按下白色按钮，给入测试电流（5*10-2Pa），再按一下白色按钮，弹出后即可开始测试，若真空度达到2*10-3Pa，即可开始溅射。
4.开启冷却系统（HX-1050）（循环水按钮），打开镀膜台温度显示下方的制冷（绿色按钮），真空计调至10-2档，flow-set档调至set，通量流量计调至19，对应的通道开关打至control，将flow-set调至flow，给室内冲入Ar，调节通量流量计使其真空计I指示在2*10-2Pa。
5.开离子源（I）：打开I-1中右侧开关（钥匙），依次打开阴极，阳极，屏栅，加速，中和5个按钮，慢慢调节阳极旋钮，电流控制在5A（约5 A）以下（电流不要太高，容易把钽丝烧断）。
阳极旋钮调至起弧，然后调低，控制在35——45A（<50 A），阳极弧流在1-2之间，调节加速旋钮，先加至150 V，然后调节屏栅，使离子能量达到150 eV，此时加速电压会上升，控制其在200 V以下，调节阴极和阳极旋钮，控制离子束流在10 mA，用螺丝刀调节中和旋钮，使中和电流为离子束流的1.2倍。
6.开主源（II）与开辅源顺序同，阴极电流控制在4-5A，阳极电压控制在40-50V之间，加速电压控制在200 V以下，调节屏栅，Ag和Al的离子能量控制在750 eV，离子束流在60-70mA，中和电流为离子束流的1.2倍，生长速度为400 nm/半小时（Pt加速电压160 V，600 eV，90 mA，10 nm/min）7.打开I-2中的旋转按钮，打开腔体后面的挡板，开始溅射，同时开始计时。
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溅射系统的一个主要缺点就是工作压强较高，由此导致 溅射膜中有气体分子的进入。而离子束溅射，除具有工作压 强低，减小气体进入薄膜，溅射粒子输送过程中较少受到散 射等优点外，还可以让基片远离离子发生过程。
离子束溅射的靶和基片与加速极不相干，因此，通常在 传统溅射沉积中由于离子碰撞引起的损伤会降到极小。并且 在外延生长薄膜领域，离子束溅射沉积变得非常有用。因为 在高真空环境下，离子束溅射出来的凝聚粒子具有超过10eV 的动能。即使在低基片温度下，也会得到较高的表面扩散率， 对外延生长十分有利。
这个图是在45kV加速 电压条件下各种入射离 子轰击Ag表面时得到 的溅射产额随离子的原 子序数的变化。易知， 重离子惰性气体作为入 射离子时的溅射产额明 显高于轻离子。但是出 于经济方面的考虑，多 数情况下均采用Ar离子 作为薄膜溅射沉积时的 入射离子。
2.3 溅射产额与入射离子角度的关系
这个图给出的是入射离子能量 为200eV时溅射产额与入射离子 角度的关系。其中Θ角为入射方 向与法线的夹角，由图见， Θ=80 ° -85°时溅射产额最大， 但对不同的材料，增大情况不 一样。这是因为当入射角Θ增大 时，入射离子的能量更多地耗 散在靶近表面区，使溅射产额 增大。但当Θ过大时，入射离子 弹性散射的几率增大，传给靶 导致溅射的能量减少，因而使 溅射产额急剧下降。
离子束溅射薄膜沉积装置示意图
1.离子束溅射的基本原理
产生离子束的独立装置被称为离子枪，它提供 一定的束流强度、一定能量的 Ar离子流。离子束以 一定的入射角度轰击靶材并溅射出其表层的原子， 后者沉积到衬底表面即形成薄膜。在靶材不导电的 情况下，需要在离子枪外或是在靶材的表面附近， 用直接对离子束提供电子的方法，中和离子束所携
带的电荷 。
2.离子束溅射的基本规律
描述离子束溅射的主要参量分别是溅射阈 能、溅射产额和淀积速率。
那什么是溅射阈能、溅射产额和淀 积速率呢？
溅射阈能
溅射阈能是指开始出现溅射时初级离子的能量。
也就是说是将靶材原子溅射出来所需的入射 离子的最小能量值。当入射离子的能量低于溅射 阈能时，不会发生溅射现象。溅射阈能与入射离 子的质量无明显的依赖关系，但与靶材却有很大 的关系。阈能随靶材原子序数的增加而减少。对 于大多数金属来说，溅射阈能为 20-40eV。
2.4 溅射产额与入射离子能量的关系
这个图给出的是Ni的溅射产额与 入射离子能量之间的关系。由图 可以清楚地看出的规律是：从一 定阈值开始有溅射，随着入射离 子能量的增加，溅射产额增加。 然后又逐渐下降。这是因为：随 着入射离子能量的增加，位移原 子的数目及能量都跟着增加，但 另一方面，当入射离子能量增加 时，它射入晶格更深处，而深处 的位移原子并不能从表面上逸出， 因而溅射产额降低，这两个因数 决定了溅射与入射离子能量的关 系。
例如，如果靶表面存在锥形孔，溅射产额比 相应光滑表面的溅射产额低；相反，若在靶表面 上创造一些棱形的孔或者三角形的沟槽，则溅射 产额就随之增加。
2.2 溅射产额与靶原子序数的关系
这个图给出了Ar离子作为 入射离子在1KeV时对一些 元素的溅射产额。由图可 见溅射与原子序数有周期 性的关系，这是因为靶材 的升华热与原子序数成周 期性的结果，靶材的升华 热愈低，结合能愈弱，在 同样的条件下溅射产额愈 大，反之亦然。再者，当 金属表面形成金属氧化物 时，致密的氧化层使结合 能增大，溅射产额减少。
溅射产额
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
溅射产额指的是一个初级离子平均从表面上溅射 的粒子数。也就是指平均每入射一个粒子从靶表 面溅射出来的原子数，即
Y
?
溅射出来的原子数 每入射一个粒子
影响溅射产额的因素
? 靶材料的表面结构、原子序数 ? 入射离子的角度、能量 ? 衬底温度
2.1 溅射产额与靶表面的关系
在实际的离子束溅射中，溅射靶表面上不可避 免地存在一些微观孔洞。而在离子束溅射模拟中， 通常认为靶表面是平滑的。所以，在实际过程中， 溅射产额总是低于或高于基于光滑表面计算的值。