磁控溅射相关1ppt课件

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膜的检测手段
2. 中子掠入射镜反射
中子没有电荷，穿透本领强，许多固体材料对中子是透明的可有效的 研究材料的深层界面结构，同时可以获取分层介质各层的厚度、密度 和界面粗糙度。
中子反射是作用在原子核上，在检测轻元素（C、H、O、N）、同位 素和原子质量相近的元素（Fe-Co）上相比于X-Ray有较大的优势。
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膜的检测手段
膜层与基底粘附性检测
纳米划痕硬度计主要通过测量压头在法向和切向上的载荷和位移的连续变 化过程,研究材料的摩擦性能、塑性性能和断裂性能。在划痕实验中,薄膜 的损伤是由垂直作用于薄膜表面并造成弹性一塑性形变的压力、压头沿薄 膜表面运动时切线方向的摩擦力和薄膜内残余应力共同作用造成的。在较 低的载荷下,薄膜开始出现变形但仍完全保持与基底的附着,随着载荷增加, 薄膜以碎片、断片等形式从基底脱落时,即薄膜开始与基底分离时对应的 载荷定义为临界载荷Lc,它主要表征薄膜与基底的附着性能。
磁控溅射镀膜
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Contents
1 磁控溅射镀膜的发展 2 磁控溅射镀膜的原理 3 膜的检测手段 4 磁控溅射镀膜技术的应用
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磁控溅射镀膜的发展
阴极溅射技术的发现与进展
➢ 1842年格洛夫（Grove）在研究电子管阴极腐蚀问题时，发现阴极材料 迁移到真空管壁上来了，进而发现了阴极溅射现象。
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膜的检测手段
膜成分的检测
x射线衍射法（X-ray diffraction简称XRD)可以进行晶体结构 分析、物相分析
x射线光电子谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy简称XPS) 不仅能测定表面的组成元素，而且能确定各元素的化学状态
俄歇电子能谱(AES)分析，可以有关固体表面和界面的元素种 类，相对含量及化学状态。有很高的微区分能力，或者说有 很高的横向和沉积方向分辨能力
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膜的检测手段
当对薄膜样品进行XRR测量时,由于空气与薄膜、薄膜与衬底 的X射线反射率不同,就会产生XRR衍射峰。通过计算相邻峰 位之间的距离就可推算薄膜的厚度,通过峰的强度和面积就可 以计算其界面粗糙度。如果在垂直于膜面方向上多层膜存在 较好的周期性结构(超晶格),在小角范围内还会出现布拉格衍 射峰。
➢ 直到1877年才真正应用于研究的溅射设备上。迄后70年中，由于实验 条件的限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不清状态，在1950年之前 有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可信的。
➢ 到了19世纪中期，阴极溅射技术发展也相当缓慢，只是在化学活性极强 的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中，采 用溅射技术。
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膜的检测手段
1. 硬度和弹性模量的检测 2. 膜层与基底粘附性检测 3. 膜成分的检测 4. 膜层结构的检测 5. 退火后膜层性能的检测
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膜的检测手段
硬度和弹性模量的检测
纳米压痕(nanoindentation)又称深度敏感压痕(depth sensing indentation) 技术是近几年发展起来的一种新技术。它可以在不用分离薄膜与基底材料 的情况下直接得到薄膜材料的许多力学性质。例如:弹性模量、硬度、屈 服强度、加工硬化指数等等。在微电子科学、表面喷涂、磁记录以及薄膜 等相关的材料科学领域得到越来越广泛的应用。
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膜的检测手段
膜层结构的检测
膜层结构的检测主要是用近平行的入射X 射线, 以掠入射的方 式射入和中子掠入射镜反射方法测定薄膜厚度和界面结构
1. 掠入射X-ray反射(GIXRR)
当X射线照到试样上,如果试样内部存在纳米尺寸的密度不 均匀区(1-100nm),则会在入射X射线束周围2-5°的小角度 范围内出现散射X射线.称为掠入射X-ray反射。
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磁控溅射镀膜的发展
磁控溅射技术出现与进展
➢ 通过把磁场应用到设备中，在1970年出现了磁控溅射技术随后商品化 的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。
➢ 最近15年来，磁控溅射技术得到了飞速发展，并出现了一系列新的溅 射技术，如:平衡磁控溅射技术、非平衡磁控溅、多靶非平衡磁控溅、 反应磁控溅、中频磁控溅、脉冲磁控溅射。
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磁控溅射镀膜技术应用
磁控溅射膜涂层能改善材料的表面性能，减少工件的摩擦和磨损，有 效提高表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使 用寿命，节约资源，提高生产力，减少环境污染。
磁控溅射在PVD行业是应用及研究最广泛的，在装饰、工模具镀膜、 太阳能、幕墙玻璃、显示屏等许多行业都有广泛的应 用。
➢ 随着工业薄膜制备的需求和表面技术的发展，新型磁控溅射技术如 高速溅射、自溅射和高功率脉冲磁控溅射等成为目前磁控溅射领域新 的发展趋势。
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磁控溅射镀膜原理
1. 定义：
在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的 正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增 加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程，是物理气相沉积 （Physical Vapor Deposition，PVD）的一种。
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磁控溅射镀膜原理
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们 的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内， 并且在该区域中电离出大量的 Ar 来轰击靶材，从而实现了 沉积速率。随着碰撞次数的 增加，二次电子的能量消耗殆 尽，逐渐远离靶表面，并在电 场E的作用下最终沉积在基片上。 由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低 。
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磁控溅射镀膜原理
2. 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中
与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞 向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表 面，使靶材发生溅射。在溅射 粒子中，中性的靶原子或分子 沉积在基片上形成薄膜，而产 生的二次电子会受到电场和磁 场作用，产生E（电场）×B （磁场）所指的方向漂移，简 称E×B漂移，其运动轨迹近似一条摆线。