离子源溅射原理
离子源基本结构及工作原理 PPT
离子源
传输效率
抗污染
离子源设计 面临的问题
离子化效率
离子源
Agilent离子源
Agilent离子源:ESI
ESI 电离模式(正离子)
ESI参数设定
电喷雾理论
电喷雾过程过程实质上是电泳过程。也就是说通过高压电 场能够分离溶液中的正离子与负离子,例如在正离子模式下, 电喷雾电离针相对真空取样小孔保持特别高的正电位,负离 子被吸引到另一端,在半月形的液体表面聚集着大量的正电 荷离子,液体表面的正电荷离子之间相互排斥,并从针尖处的 液体表面扩展出去。当静电场力与液体表面张力保持平衡时, 液体表面锥体的半顶角为49、3°,在G、Taylor的研究工作中 称之为“Taylor锥体”。随着小液滴的减小,电场强度逐渐加 强,过剩的正电荷克服表面张力形成小液滴,最终从Taylor锥体 的尖端溅射出来。
四级杆质量过滤器如何工作
马修稳定图
马修稳定图中的三角区包括了所有允许离子遵循一个稳定的轨道飞行到 达检测器的估计的DC 和RF 的组合。在DC 和RF 外的三角区的组合会 导致在四级杆区域离子不稳定。
检测器—高能量倍增检测器(HED)
离子从四级杆质量过滤器中通过后,由透镜引导进入高能量打拿极(HED), HED 产生与它接收到的离子的数量成正比的电流信号,匹配的电子倍增器电极使电 子积累和加速进入放大器的喇叭口,信号被传递到电极进行放大和处理。
优点 ➢不易产生碎片离子 ➢源参数调整简单 ➢喷雾器及针位置不关键 ➢LC 流速可达 2、 0ml/min
什么是CID？
CID对质谱图的影响
正离子和负离子
➢ 大气压电离技术能生成正离子和负离子。 关于指定 的分析,主要的离子类型取决于分析物的化学结构和 溶液的 pH 值(尤其关于ESI源)。
离子溅射原理
离子溅射原理离子溅射是一种重要的表面改性技术，它在材料表面改性、薄膜制备、微纳加工等领域有着广泛的应用。
离子溅射技术是利用高能离子轰击固体表面，使固体表面原子或分子发生溅射，并在表面形成薄膜或进行表面改性的一种技术。
离子溅射原理是离子在固体表面的相互作用过程，主要包括离子轰击、溅射、扩散和沉积等过程。
首先，在离子溅射过程中，高能离子轰击固体表面，使得固体表面原子或分子发生溅射。
当离子撞击固体表面时，会与固体表面原子或分子发生碰撞，部分固体表面原子或分子会被击出固体表面，形成溅射。
这些溅射出的原子或分子会在固体表面扩散，并最终沉积在固体表面上，形成薄膜或进行表面改性。
其次，离子溅射过程中，溅射出的原子或分子会在固体表面扩散。
这些溅射出的原子或分子会在固体表面上扩散，使得固体表面上的原子排列发生改变，从而形成薄膜或进行表面改性。
溅射出的原子或分子在固体表面的扩散过程受到固体表面的结构、温度、离子能量等因素的影响，不同的因素会对溅射出的原子或分子在固体表面的扩散过程产生不同的影响。
最后，离子溅射过程中，溅射出的原子或分子会在固体表面沉积。
经过扩散后，溅射出的原子或分子会在固体表面上沉积，形成薄膜或进行表面改性。
固体表面的沉积过程受到固体表面的结构、温度、离子能量等因素的影响，不同的因素会对溅射出的原子或分子在固体表面的沉积过程产生不同的影响。
总之，离子溅射原理是离子在固体表面的相互作用过程，主要包括离子轰击、溅射、扩散和沉积等过程。
离子溅射技术在材料表面改性、薄膜制备、微纳加工等领域有着广泛的应用，对于提高材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
希望通过对离子溅射原理的深入研究，能够进一步推动离子溅射技术的发展，为材料科学和工程技术的发展做出更大的贡献。
磁控溅射膜方法
磁控溅射膜方法磁控溅射膜方法是一种常用的薄膜制备技术，它利用高能离子轰击靶材表面，使靶材表面的原子或分子离开靶材并沉积在基底上，形成薄膜。
这种方法具有膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等优点，因此在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
磁控溅射膜方法的基本原理是利用磁场将离子束聚焦在靶材表面，使离子轰击靶材表面并将其原子或分子溅射出来，然后沉积在基底上形成薄膜。
磁控溅射膜方法的主要设备包括离子源、磁控溅射室、基底旋转台等部分。
离子源是产生离子束的关键部件，它通常由靶材和离子源装置组成。
磁控溅射室是离子束与靶材相互作用的场所，它通常由真空室、磁场系统、离子束控制系统等部分组成。
基底旋转台是控制基底旋转的部件，它可以使基底均匀地沉积薄膜。
磁控溅射膜方法的优点在于膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等方面。
首先，磁控溅射膜方法可以制备高质量的薄膜，因为离子束轰击靶材表面时，可以使靶材表面的原子或分子离开靶材并沉积在基底上，形成薄膜。
其次，磁控溅射膜方法可以制备均匀的薄膜，因为离子束可以被磁场聚焦在靶材表面，使得离子束的能量和密度均匀分布在靶材表面上。
最后，磁控溅射膜方法可以快速制备薄膜，因为离子束的能量和密度可以被调节，从而控制薄膜的成膜速度。
磁控溅射膜方法在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
在微电子领域，磁控溅射膜方法可以制备金属、合金、氧化物等材料的薄膜，用于制备电极、导线、电容器等器件。
在光电子领域，磁控溅射膜方法可以制备透明导电膜、反射膜、滤波器等光学器件。
在材料科学领域，磁控溅射膜方法可以制备多层膜、纳米薄膜等材料，用于研究材料的结构、性质和应用。
总之，磁控溅射膜方法是一种常用的薄膜制备技术，具有膜质量高、膜厚均匀、成膜速度快等优点，因此在微电子、光电子、材料科学等领域得到了广泛应用。
随着科学技术的不断发展，磁控溅射膜方法将会在更多的领域得到应用，并不断发挥其重要作用。
离子溅射原理
离子溅射原理离子溅射是一种重要的表面改性技术，它在材料科学、半导体工业、纳米技术等领域具有广泛的应用。
离子溅射原理是指当高能离子轰击靶材表面时，离子与靶材原子发生碰撞并产生离子和原子的散射现象。
这种现象不仅可以改变材料的表面形貌和结构，还可以调控材料的性能和功能。
离子溅射的原理主要包括离子轰击、原子散射和表面改性三个方面。
首先，当高能离子撞击靶材表面时，离子的能量会转化为靶材原子的动能，导致靶材原子的位移和激发。
这种过程称为离子轰击。
其次，被激发的靶材原子会与离子发生碰撞，产生散射现象。
这种散射可以改变材料的晶格结构、原子排列以及化学成分。
最后，离子溅射还可以在材料表面形成薄膜、纳米颗粒或者微结构，从而实现对材料表面性能的调控和改良。
离子溅射技术有着许多优点。
首先，它可以在不加热的情况下改变材料表面的性质，避免了传统热处理方法对材料的热损伤。
其次，离子溅射可以实现对材料表面的精细加工，包括表面的抛光、清洁、光滑化等，从而提高材料的表面质量。
此外，离子溅射还可以在材料表面形成一层保护膜，提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
因此，离子溅射技术被广泛应用于半导体器件制造、光学薄膜涂层、表面涂覆、纳米材料制备等领域。
离子溅射技术的发展离不开离子源、靶材和离子轰击条件的优化。
离子源的选择直接影响到溅射的离子种类、能量和流强，从而影响到溅射的效果。
靶材的性质和结构决定了溅射后材料的表面形貌和性能。
而离子轰击条件则包括离子能量、角度、流强等参数，这些参数的选择对于溅射的效果至关重要。
总的来说，离子溅射原理是一种重要的表面改性技术，它通过离子轰击和原子散射实现对材料表面性能的调控和改良。
离子溅射技术具有许多优点，并且在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，离子溅射技术将会得到更加广泛的应用和发展。
磁控溅射镀膜机原理
磁控溅射镀膜机原理磁控溅射技术是一种用于镀膜的先进技术。
磁控溅射镀膜机是利用电子束的动能将固体材料从靶层中剥离并沉积在基板上的一种镀膜设备。
本文将为您介绍磁控溅射镀膜机的原理及其应用。
一、磁控溅射镀膜机的原理磁控溅射镀膜机又称磁控离子镀膜机，是一种利用外部电场和磁场激发离子束并蒸发靶材料形成镀层的设备。
这种技术源于20世纪60年代初期的物理研究。
它的基本原理是利用电子束加速器向金属靶材料表面注入精细定位的、高能单元电子束，从而促使靶材料发生电子冲击下物质的剥离，形成离子束，进而被磁场聚拢并加速击打在待镀基材料表面，从而沉积成膜。
这种技术对材料的选择范围较广，可使用的原材料包括各种无机材料和合金，如氧化物、硅、合金、氟化物等。
而磁控溅射技术也因此被广泛应用于各种领域，如电子、计算机、晶体管、固态照明、太阳能电池、生物医学、汽车、航空航天、建筑室内装修等领域。
二、磁控溅射镀膜机的类型及分类根据靶材料种类和制备过程条件的不同，磁控溅射镀膜机可以分为多种类型。
下面我们介绍一下主要的几种类型。
1、平板离子源平板离子源是最基本的离子源类型，通常由一个平板放电电极和一个屏蔽靶组成。
它的靶材料为物质的块状，可将注入的能量转换成游离原子形成高能离子束，使其透过向靶和基板之间发射的离子束，再到达基板表面。
由于靶和基板之间的角度限制，使该装置产生较低的折射率，从而制造较低的细节图案。
因此，平板离子源多用于制造器件外壳全面涂层。
2、圆柱形偏心离子源圆柱形偏心离子源由两极电源和一个圆柱形靶台制成。
表面不平整的靶材料块在高速离子束的作用下被剥离，形成离子束并沉积在基板上。
该离子源的形状和设计使得离子束方向发散，从而可以与表面平面的材料相交，产生均匀的涂层。
此外，偏心离子源具有抗污染能力强、精度高和效率高等特点，适用于工业和商业应用。
3、环柱形偏心离子源环柱形偏心离子源由一个圆筒形壳体、一个中央靶、四组电极和一个基板组成。
中央靶材料在离子束的作用下形成薄膜，并沉积在基板上。
溅射的基本原理之溅射机理
溅射的基本原理——溅射机理
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汤普森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。
溅射现象：
当级联运动的原子运动到固体表面时，如果其能量大 于表面的势垒，它将克服表面的束缚而飞出表面层，这就 是溅射现象。溅射出来的粒子除了是原子外，也可以是原
子团。
溅射的基本原理——溅射机理
入射离子（ E0 ）
二次电子
溅射原子
原子
溅射的基本原理——溅射机理
离子与靶相互作用
按参与碰撞粒子的种类划分： 入射离子（或载能原子）静止靶原子的碰
离子注入： 如果入射离子的速度方向与固体表面的夹角大于某一临 界角，它将能够进入固体表面层，与固体中的原子发生一系列 的弹性和非弹性碰撞，并不断地损失其能量。当入射离子的能 量损失到某一定的值（ 约为 20eV 左右 ) 时，将停止在固体 中不再运动。上述过程被称为离子注入过程。
atoms
Ion
E
溅射的基本原理——溅射机理
撞
反冲原子静止靶原子的碰撞
按能量损失的方式划分： 弹性碰撞 非弹性碰撞
溅射的基本原理——溅射机理
双体弹性模型： 通常在两种坐标系中研究碰撞二体问题：
1）实验坐标系（实验测量）
2）质心坐标系（理论研究）
实验坐标系 入射粒子（粒子、反冲原子）：(M1, v0 ) 靶原子（静止）：(M 2 ,0)
溅射的基本原理之溅射特性
溅射的基本原理——溅射特性
（5） 靶材温度
靶材存在与升华 能相关的某一温度。 低于此温度时，溅射 率几乎不变；高于此 温度时，溅射率急剧 增加。
除此之外，还与 靶的结构和靶材的结 晶取向、表面形貌、 溅射压强等因素有关。
降低工作气压和 提高溅射率。
溅射的基本原理——溅射特性
3、溅射原子的能量和速度
实际逸出原子分布并 不遵从余弦定律。
溅射的基本原理——溅射特性
▪ 实际分布
在垂直于靶面方向明显少于余弦分布时应有的逸出原 子数。
溅射的基本原理——溅射特性
▪ 与晶体结构方向的关系 逸出原子与原子排列密度有关。主要逸出方向为[110]，
其次为[100]、[111]
c
[111]
a
[100]
b
[110]
溅射原子的能量与靶材、入射离子种类和能 量、溅射原子的方向等有关。
溅射原子的能量（5-10eV）比热蒸发原子能 量ห้องสมุดไป่ตู้0.1eV）大1-2个数量级。
几组实验数据曲线。
溅射的基本原理——溅射特性
麦克斯威尔分布 平均能量10～40eV； 拖着长尾巴； 入射离子能量高于1000eV时， 逸出原子平均能量不再增加
通过离子与固体相互作用的物理过程，可以得到如下 表达式：
（1）离子能量小于1keV，在垂直入射时，溅射率为
S
3
4 2
aTm V0
式中，Tm 为最大传递能量，V0 靶材元素的势垒高度，a 是 与靶材原子质量 m1 和入射离子质量 m2 之比 m2 m1 相关的 常数。
溅射的基本原理——溅射特性
ET E 500eV (ET为溅射阈值） 500eV E 1000eV 1000eV E 5000eV 离子注入效应
溅射离子泵工作原理
溅射离子泵工作原理
溅射离子泵是一种常用的高真空泵，它的工作原理如下：
1. 溅射离子泵内部有一个相对真空的容器，容器内放置有一种或多种高蒸发性的物质，如钨丝、钛等。
2. 接通电源后，通过电阻丝加热，在高温下，这些物质会迅速蒸发成气体。
3. 蒸发的气体会在真空容器内迅速扩散并碰撞到容器内壁上的冷凝器上，冷凝器上温度较低，因此气体分子在冷凝器表面凝结成固体颗粒。
4. 这些凝结在冷凝器上的颗粒物质会形成一层均匀的薄膜状物质，称为“溅射源”。
5. 在泵的作用下，气体分子不断被抽出，真空度逐渐提高，使得冷凝器表面凝结的颗粒物质也被减少。
6. 同时，溅射源表面膜层不断地释放出热电子，这些热电子会被静电场加速，形成高速电子束。
7. 高速电子束沿着溅射源表面的垂直方向打到气体分子上，使得气体分子捕获电子并电离成电子和离子。
8. 这些离子会在静电场的作用下被加速运动，并打向溅射源表面。
9. 当离子击打溅射源表面时，会因为冲击而使得溅射源的物质再次释放出被固定在表面的薄膜层。
10. 这些释放的薄膜层又会再次遭到电离并沉积到容器内的表面上，从而不断地扩大和增厚沉积层。
通过以上的循环过程，溅射离子泵能够不断抽出气体分子并在真空容器内沉积一层厚重的金属膜，从而实现高真空的环境。
溅射离子泵工作原理
溅射离子泵工作原理溅射离子泵是一种常用的真空泵，广泛应用于半导体制造、光学薄膜、表面处理等领域。
它的工作原理是通过溅射离子的方式将气体分子从真空室中抽取出来，从而实现真空状态。
本文将详细介绍溅射离子泵的工作原理。
一、溅射离子泵的组成溅射离子泵主要由离子源、离子收集器和电源控制器三部分组成。
离子源是溅射离子泵的核心部件，它包含一个或多个阴极和阳极。
离子收集器是用于收集被离子化的气体分子的部件，通常由多个极板组成。
电源控制器则负责控制离子源和离子收集器的工作。
二、离子源的工作原理离子源是溅射离子泵中最重要的组成部分，它通过电弧放电的方式将气体分子离子化。
首先，通过电源控制器加给离子源一定的电压，使得阴极和阳极之间形成电场。
然后，在电场的作用下，阴极表面的原子或分子获得足够的能量，从而发生电离。
被电离的粒子会带上电荷，并且在电场的作用下被加速，最终离开离子源。
三、离子收集器的工作原理离子收集器是用于捕获被离子化的气体分子的部件。
在离子源将气体分子离子化后，离子会在真空室中扩散运动。
离子收集器利用其内部的极板结构，产生一个与离子运动方向相反的电场，从而将离子引导到收集器的极板上。
当离子撞击到极板上时，它们会损失能量并重新与电子结合，从而变回中性分子。
这些中性分子会被离子收集器吸附并固定在极板上，从而实现真空抽取。
四、电源控制器的工作原理电源控制器是溅射离子泵的核心控制部件，它负责调节离子源和离子收集器的工作状态。
电源控制器通过改变电压和电流的大小，控制离子源放电的强度和频率。
同时，它还能够调节离子收集器的电场强度，以提高离子的收集效率。
通过精确控制电源参数，可以实现对溅射离子泵的高效运行。
总结：溅射离子泵通过离子源将气体分子离子化，然后利用离子收集器将离子捕获并固定在极板上，从而实现真空抽取。
电源控制器负责调节离子源和离子收集器的工作状态，以确保溅射离子泵的正常运行。
溅射离子泵具有抽取速度快、抽取范围广、抽取效率高等优点，因此在各种真空应用中得到广泛应用。
rpd溅射原理
rpd溅射原理RPD溅射原理引言：RPD溅射（Reactive Pulsed Deposition）是一种薄膜制备技术，通过高能量离子束轰击靶材表面，使靶材表面原子释放出来并沉积在基底上形成薄膜。
本文将介绍RPD溅射原理及其应用。
一、RPD溅射原理1. 离子束轰击RPD溅射中，使用离子束轰击靶材表面。
离子束是由离子源产生的，通过加速器加速到一定能量后轰击靶材表面。
离子束的能量决定了靶材表面原子的释放程度。
2. 靶材原子释放当离子束轰击靶材表面时，靶材表面原子会受到离子束的冲击而释放出来。
这些释放的原子会以高能量的形式沉积在基底上。
离子束的轰击使得靶材表面原子与基底原子发生碰撞并结合。
3. 薄膜沉积释放的原子沉积在基底上，形成一层薄膜。
这些原子在基底表面扩散并结合，形成致密的薄膜结构。
薄膜的性质取决于靶材的成分和离子束的能量。
二、RPD溅射的应用1. 防护膜由于RPD溅射制备的薄膜具有致密的结构和优异的附着力，可以用于制备防护膜。
防护膜可以在金属表面形成一层保护层，防止金属表面受到氧化、腐蚀等因素的侵蚀。
2. 光学薄膜RPD溅射可以制备高质量的光学薄膜。
通过控制离子束的能量和靶材的成分，可以制备出具有特定折射率、透过率和反射率的光学薄膜。
这些薄膜在光学器件和光学仪器中有着广泛的应用。
3. 硬质涂层RPD溅射制备的薄膜具有高硬度和耐磨性，可以用于制备硬质涂层。
硬质涂层可以提高材料的抗磨损性能，延长材料的使用寿命。
因此，RPD溅射在汽车、航空航天等领域有着重要的应用。
4. 电子器件RPD溅射可以制备高质量的导电膜和绝缘膜，用于制备电子器件中的电极和绝缘层。
这些薄膜具有良好的导电性和绝缘性能，能够提高电子器件的性能和稳定性。
总结：RPD溅射是一种常用的薄膜制备技术，通过离子束的轰击和靶材表面原子的释放，可以制备出具有特定性质的薄膜。
RPD溅射在防护膜、光学薄膜、硬质涂层和电子器件等领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步，RPD溅射技术将会得到更广泛的应用和发展。
离子溅射仪
离子溅射仪离子溅射技术是一种将离子束对材料表面进行轰击，较高能量的离子将材料表面的原子或分子打击脱离，形成雾状物质的物理过程。
离子溅射技术在表面科学、材料制备、微电子制造等领域得到了广泛应用。
在离子溅射技术中，离子溅射仪是非常重要的设备。
离子溅射仪是一种用来产生离子束，并将离子束引导到材料表面进行溅射加工的专用设备。
从原理上来讲，离子溅射仪是将离子钟摆电路中的电子钟摆电路和周期高压产生器的控制系统结合在一起，对离子束进行控制、制备和测量，以达到高质量的离子溅射加工效果。
离子溅射仪的工作原理基于如下过程：先将高能离子加速到所需的能量，然后将离子束引导到目标区域进行溅射加工。
离子溅射仪主要由四个部分组成：离子源、加速器、铜网和探针。
离子源是产生离子束的地方；加速器是将产生出来的离子加速到一定能量的地方；铜网是调整离子束的集束性能，以保证离子束能够在目标区域精确地溅射；最后，探针是用来测量离子束的运动轨迹和能量分布的设备。
离子源是离子溅射仪的关键部件，它主要负责产生离子束。
在离子源中，主要有两种产生离子束的方式：电离和溅射。
当高压电场作用于固体表面时，束流会撞击到固体表面，从固体表面撞击脱离的粒子成为子离子效应，并被聚集在离子源内。
同时，电子和高能离子撞击固体表面时，电子和离子会把原子或分子击出，并形成离子束。
这种方式称为电离法。
另一种方式是溅射法，它是通过在离子源中使用刷极、扫描极和限制极进行离子源控制来实现的。
离子加速器是离子溅射仪的另一个关键组成部分。
它主要负责将离子加速至所需的能量，以满足溅射加工需要。
离子加速器通常使用马约拉（Marshall）型加速器、”俄文”型加速器、Van der Wegh加速器和皮克塔卡德(Pickard)型加速器等。
这些加速器主要由一个粗大的环形单元组成，环单元中间是电极，电极外侧是磁环，磁环负责控制离子运动的方向和速度。
这种设计使得加速器减少了离子碰撞产生的损失，使得高能离子离开加速器时能量更为稳定。
二次离子质谱中离子溅射
• 主要内容： 主要内容：
离子溅射的基本原理 溅射产额的影响因素
离子与表面的相互作用
1 背散射。 背散射。 注入效应。 2 注入效应。 离子激发特征软X射线和俄歇电子及二次电子。 3 离子激发特征软X射线和俄歇电子及二次电子。 离子诱发的表面吸附分子的脱附（ISD）。 4 离子诱发的表面吸附分子的脱附（ISD）。 原子或离子在表面外界高场强作用下的扩散、 5 原子或离子在表面外界高场强作用下的扩散、蒸 发及电离。 发及电离。 6 离子轰击的局部加热效应及可能的表面化合反应 可改变表面的结构与成份。 可改变表面的结构与成份。 因入射离子的碰撞而将表层原子移去，即溅射。 7 因入射离子的碰撞而将表层原子移去，即溅射。
离子入射角度
0-60°，溅射产额与入射角θ ° 溅射产额与入射角 （离子入射方向与靶面法线间 夹角） 服从1/cosθ 规律的增 夹角） 服从 加； 60-80°，溅射率最大； ° 溅射率最大； 产额迅速下降； ＞80°时，产额迅速下降； ° =90°，产额为零。 ° 产额为零。 倾斜入射有利于提高溅射产额
Cu 的溅射产额与入射能量的关系
溅射原子能量分布随入射离子能量的变化
溅射原子有很宽的能量分布范围，平均能量约为10eV 10eV； a. 溅射原子有很宽的能量分布范围，平均能量约为10eV； 随入射能量的增加，溅射Cu离子的能量范围在增大， Cu离子的能量范围在增大 b. 随入射能量的增加，溅射Cu离子的能量范围在增大， 数量也在增加，平均能量有上升的趋势。 数量也在增加，平均能量有上升的趋势。
不同的晶格 取向， 取向，溅射 产额不同
靶材的种类
• 溅射产额呈现明显的周期性，随着元素外层d电子数的 溅射产额呈现明显的周期性，随着元素外层d 增加而提高。Cu，Ag，Au等溅射率最高 Ti，Zr，Nb， 等溅射率最高， 增加而提高。Cu，Ag，Au等溅射率最高，Ti，Zr，Nb， Mo，Hf，Ta， 等溅射率最小。 Mo，Hf，Ta，W等溅射率最小。
离子溅射能量损失及射程的模拟研究
2009年第11卷第6期总第99期巢湖学院学报Joumal of Chaohu College No.6.,Vol.12.2009General Serial No.981．溅射原理及模拟模型1.1溅射原理载能离子与物质相互作用的研究是物理学中一个重要的前沿性研究课题，在固体材料表面改性、薄膜合成、微电子器件超微加工、生物材料表面改性及惯性约束聚变等领域有着重要的应用。
载能离子固体表面溅射、注入及相关问题的研究已经成为这一领域的热点，它不仅揭示了一些重要的科学问题，同时也与离子束表面改性、表面结构分析、离子溅射沉积薄膜等技术的应用密切相关。
但受研究手段的限制，载能离子溅射沉积薄膜生长机制一直缺乏比较全面、系统的了解，因此有必要进行深入的研究。
溅射是入射离子对靶材表面原子作用，二者之间进行能量交换，使靶原子脱离靶表面的一种物理现象[1]，溅射是远离热平衡状态的一种物理过程。
对溅射机理的认识最早是从理论中得到了突破，它是低能核物理与固体物理结合的交叉学科，离子在固体中运动及其能量损失机理是溅射过程的关键，离子靶材溅射的能量损失[2,3]，其中能量损失包括核阻止和电子阻止。
1.2模拟模型对溅射过程用计算机模拟的方法进行研究，已有现成的模拟软件被广泛的研究[4]。
本文用SRIM2006软件[5]对靶材的溅射进行了模拟，计算了各种情况下离子入射靶材能量损失，分析其内部碰撞机理。
在溅射模拟中使用了软件SRIM 2006，SRIM(the Stopping and Range of Ions In Matter)是用来计算离子(10eV-2GeV)在固体中受到的阻止及其射程分布软件，它是采用蒙特卡罗模拟方法(MC)。
蒙特卡罗模拟方法是通过计算机模拟跟踪一大批入射粒子的运动。
粒子的位置、能量损失以及次级粒子的各种参数都在整个跟踪过程中存储下来，最后得到各种所需物理量的期望值和相应的统计误差。
在离子溅射能量损失及射程的模拟研究张德根邹俊峰赵敏福（皖西学院基础实验中心，安徽六安237012）摘要：运用SR IM 2006软件对靶材的溅射进行了模拟，计算了各种情况下离子入射靶材能量损失和射程分布，分析其内部碰撞机理，得到了入射离子能量损失和射程分布随离子能量得变化规律：低能离子溅射能量损失以核阻止为主，高能离子溅射能量损失以电子阻止为主；载能离子的能量损失及射程与入射离子和靶原子有关；对于低能离子溅射靶材，入射离子主要分布在靶材表面几层原子内。
磁控溅射仪原理
磁控溅射仪原理引言：磁控溅射仪是一种常见的薄膜制备设备，广泛应用于光电子、信息技术等领域。
它利用磁场和离子束相互作用的原理，通过溅射材料形成薄膜。
本文将详细介绍磁控溅射仪的原理和工作过程。
一、磁控溅射仪的结构磁控溅射仪主要由离子源、靶材、磁控部件和底座等组成。
其中，离子源发射离子束，靶材作为溅射材料，磁控部件控制离子束的方向和强度，底座用于支撑和固定靶材。
二、离子源的工作原理离子源是磁控溅射仪中最关键的部件之一。
它通过电离气体来产生离子束。
首先，电离源产生高能量的电子束，然后电子束轰击气体分子，将其电离成离子。
离子源中的磁场将离子束聚焦并加速，使其具有较高的动能。
三、磁控部件的作用磁控溅射仪中的磁控部件主要包括磁铁和磁场控制系统。
磁铁产生一个稳定的磁场，用于控制离子束的方向和强度。
磁场控制系统可以根据实际需求调节磁场的参数，以使离子束的溅射效果最佳。
四、靶材的选择和准备靶材是溅射过程中的溅射源，直接影响薄膜的质量和性能。
靶材的选择要考虑溅射材料的化学稳定性、物理性质和晶体结构等因素。
靶材在使用前需要经过表面处理，如抛光、清洗等，以确保表面光洁度和纯净度。
五、磁控溅射的工作过程磁控溅射的工作过程可以分为准备阶段、溅射阶段和结束阶段。
首先，将靶材安装在溅射室的底座上，并将气体注入溅射室。
然后，通过控制磁场和离子源，使离子束射向靶材。
靶材受到离子束的轰击，溅射出的原子或分子在真空环境中沉积在基底上，形成薄膜。
最后，结束溅射过程，关闭离子源和磁场，取出制备好的薄膜。
六、磁控溅射的应用磁控溅射技术在光电子、信息技术和新材料研究等领域有着广泛的应用。
它可以制备出具有优异光学、电学和磁学性能的薄膜，如透明导电薄膜、磁性薄膜等。
此外，磁控溅射技术还可以制备出多层膜、纳米薄膜等特殊结构的材料，为功能材料研究提供了重要手段。
七、磁控溅射仪的优势和发展趋势相比于其他薄膜制备技术，磁控溅射具有以下优势：制备过程简单、操作灵活、成本较低、薄膜质量好等。
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
溅射靶材原理(一)
溅射靶材原理(一)溅射靶材原理解析什么是溅射靶材？溅射靶材是一种重要的材料，在半导体、光电和电子行业中被广泛应用。
它主要用于溅射技术，通过在材料表面加热的方式，产生高速离子或原子，然后将其喷射到目标材料上，从而形成薄膜。
溅射技术的工作原理溅射技术是一种物理气相沉积方法，其工作原理如下：1.溅射源：溅射源由溅射靶材组成，靶材的种类可以多种多样，如金属、合金、化合物等。
溅射源内的靶材会受到加热或外界电场的作用，使其表面离子化或原子化。
2.离子或原子的生成：通过加热等方式，靶材表面的原子或离子被高能粒子激发或离解，形成高速离子束或原子束。
3.束流引导和聚焦：通过适当的装置，将生成的离子束或原子束引导至靶材上，使其撞击并附着在靶材表面上。
4.薄膜形成：离子束或原子束在靶材表面撞击后，会形成一层非常薄的薄膜。
这层薄膜具有与靶材相似或完全相同的化学成分。
溅射靶材的组成与制备溅射靶材的制备是溅射技术的基础，以下是一些常见的溅射靶材制备方法：•靶材制备方法1：机械制备。
通过机械方法，如磨削、切割等，将原材料制备成带有一定尺寸和形状的靶材。
•靶材制备方法2：化学制备。
通过溶液法、热分解法等化学方法，将原材料制备成靶材。
•靶材制备方法3：熔炼法。
将原材料在高温下熔融，然后采用快速冷却的方式，制备成靶材。
溅射靶材的组成也多种多样，常见的有金属靶材、合金靶材和化合物靶材等。
在制备过程中，可以通过控制靶材的成分、形状和尺寸等参数，来实现对薄膜性能的调控和控制。
溅射技术的应用领域溅射技术广泛应用于多个领域，包括但不限于：•电子行业：用于制备电子元器件、显示屏和集成电路等。
•光电行业：用于制备太阳能电池、光学薄膜、LED等。
•材料领域：用于薄膜涂覆、材料改性和表面处理等。
•生物医学领域：用于制备生物材料和医用器械等。
溅射技术通过高能粒子与靶材的碰撞，将靶材的物质传输到目标材料上，实现了多种功能材料的制备和表面处理。
其制备方法灵活、薄膜性能可调控的特点，使得溅射技术在现代科技领域中得到广泛应用。
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离子源（Ion Beam Sources）的分类及原理
等离子体是指被激发的气体达到一定电离度（＞10-4），气体处于导电状态，这种状态的电离气体是由大量接近于自由运动的带电离子所组成的体系，在整体上是准中性的。
粒子运动与电磁场（外电场和粒子间的自洽场）是不可分割的，这种互相作用的电磁力是长程力，从而使等离子体显示出集体行为的特点，即电离气体中每一带电离子的运动都会影响到其周围带电离子，同时也受到其他带电粒子的约束。
由于电离气体整体行为表现为电中性，也就是电离气体内正负电荷数相等，这种气体状态为等离子体态简称等离子体。
有由于它独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故又称之为物质的第四态。
离子源是离子束溅射(IBS)和离子束加工(IBF)设备的关键部件。
R&R公司的宽离子束源目前主要有Kaufman离子源、微波ECR离子源和RF离子源。
其工作原理是利用气体放电产生等离子体，等离子体由电子、离子和中性粒子所组成，并被引出成束，成为离子源。
R&R离子源有两个栅极（或者三个栅极），分别为屏栅和加速栅，两极之间加一电压，电压的正极接屏栅，负端接引出极，因此，在等离子体边界和引出电极之间就形成一个加速离子的电场，当离子从等离子体发射面发射出来以后，被
电场加速，通过小孔，形成离子束，再经过中和器中和后直接轰击基板或靶。
中和器的目的是为了避免电荷在基板上聚集而产生对后续离子的排斥作用。
Kaufman离子源
kaufman离子源是应用较早的离子源，属于栅格式离子源。
首先从热阴极发射出来的电子经过阴极鞘层被加速而获得相应于等离子与阴极电位差的能量，它与进入电离室的气体原子相碰撞，气体原子被碰撞电离，形成离子及二次电子，电子及离子形成放电室等离子体。
该放电等离子体在发散磁场作用下引向栅网离子光学作用区。
由于离子光学的作用，离子被拔出，并形成离子。
每个小孔形成的离子束经过发散混合及中和形成带能量、中性的宽离子束。
由离子所获得的能量应是阳极电压与屏极电压之和（一般而言，由于阳极电压远小于屏极电压，故近似考虑屏极电压为离子加速能量）。
该离子束有能量、方向、具有一定宽度口径、又是中性的离子束，在无场空间中对光学膜进行加工，离子束参数（能量，束流密度）可以方便控制，再现，与气压无关，这就大大增加了工艺的稳定性。
微波ECR离子源
微波电子回旋共振（ECR）离子源是一种无阴极源，具有电离度高、束流强度大、气压低、性能稳定等特点，是一种高密度低气压等离子体源，能够在较低的气压下产生大面积均匀的高密度等离子体。
微波ECR等离子源装置是由微波源与传输波导、放电室、工作室、真空系统与配气系统组成。
微波源采用频率为2.45GHz、功率可从0-400w连续调节，产生的微波经耦合波导、环行器、定向耦合器、阻抗匹配器及直波导输入放电室。
放电室是行程高密度等离子体的区域，放电室为不锈钢圆腔，一端与微波输入波导相接，称为微波窗口，为了保持真空，微波窗口用绝缘陶瓷板密封，另一端与工作室相连；在放电室外侧，利用同轴线圈或永磁体组合成形磁镜场、发散场，提供电子回旋共振场并约束等离子体运动、扩散。
在放电室中，电子在垂直磁场的平面上受洛伦兹力的作用而做回旋运动。
当磁场强度在875Guass处，电子回旋频率和沿磁场传播的右旋圆极化微波频率都等于2.45GHz时，电子在微波电场中将被不断同步、无碰撞加速因而获得的能量将大于气体粒子的电离能、分子离解能或某一状态的激发能，那么将产生碰撞电离、分子离解和离子激活，从而实现等离子体放电和获得活性反应离子，行程高密度的ECR低温等离子体。
射频（RF）离子源
射频离子源中，气体通过一个专门设计的气体均压绝缘器进入石英放电室，13.56MH z的射频功率通过LC构成的人工传输线，感应进入放电室，产生了旋
涡的周向电场。
该电场可用来离化工作气体。
采用三栅离子光学系统，离子光学系统中存在许多小孔，屏栅作为放电室中的阳极可以吸收放电电子，构成放电回路。
屏极上又存在多个小孔，屏极小孔处由于有电场，在放电等离子体边界就会形成等离子体双鞘层。
离子通过该弯月面鞘层发射电子，经过离子光学系统的聚焦加速形成离子束。
该离子束也必须通过中和器进行强迫中和，中和器除了中和作用外，也能可靠提供低压离子源的点火起弧。
具体请参考
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