ITO真空溅射镀膜汇总

4）脉冲溅射
4.5反应溅射镀膜
Reaction Sputtering Coating
1）定义：
溅射镀膜时，有目的地充入反应性气体，从而在基体 上得不同于靶材的薄膜成分
2）原理机制
由于反应性气体的分压较低，所以气相反应很少，固 相反应为多数
qB B
回转周期 T 2m 2
qB B
无平行电场时的节距：
h
Tv //
2v// B
②有平行电场时的节距： B//E，且B、E均匀 B、E反向 电子被加速 电子回旋的螺距增大
B、E同向 电子被减速 电子回旋的螺距减小
③有正交电场时的运动 B⊥E 且B、E均匀 摆线轨
迹（直线运动与圆周运动的合成）
被轰击物体处于负电位，故称为“阴极溅射”。 溅射 镀膜中，被轰击物体称为“靶”。
2) 理论
蒸发论——动能论，温度论； 溅射论——动量论； 混合论。
3）参数 溅射率 η = 溅射出的靶材原子数 / 入射正离 子数
影响因素：
①靶材成分——原子序数大，η大； ②入射正离子种类——惰性气体η大，常用氩气Ar； ④正离子入射角度——70~80°时有最大值；P92 Fig
③缺点： 参数不能单独控制， 靶材必须为良导体，且
易于发射电子 沉积速率低 基片温升高（电子轰击）
2）三极（四极）溅射 结构 Nhomakorabea阴极、阳极间形成放电，产生等离子体， 其中的正离子轰击低电位的靶（第三极）， 将其溅射沉积在对面的基片上（无电位）。 加稳定性电极（第四极） 改进：放电不依赖阴极的二次电子发射， 正离子、溅射速率由热阴极的发射电流来控制 可控性和重复性好
电子在第三轴方向行走，在E方向仅有限高度 摆线轨迹（旋轮线半径）
mE
re eB 2
m
式中e ——电子电荷量C；m——电子质量kg；
B——磁感应强度T；E——电场强度V/m。
应用实例：平面电极——均匀正交电磁场 磁控靶
平面
同轴圆柱电极——径向电场轴向磁场 同轴圆柱靶
磁控的目的：
利用磁场的束缚效应，使电子轨迹加长，使放电可以 在较低的电压和气压条件下维持。
4.3 （直流）磁控溅射镀膜
Magnetron Sputtering Technique 利用磁场控制电子的运动
1）磁控原理：电子在静止电磁场中的运动
①电子速度：V// —平行于B的速度分量，产生漂移运 动；
V⊥—垂直于B的速度分量，产生回旋运动；合成螺旋 运动
回转半径 R m v v
4-4 ⑤靶材温度——低温时η不变，高温时剧增；P92 Fig
4-5
4）特点：
①可控性好，重复性好；
②膜的附着强度高：溅射粒子能量高几~十几eV，对 比 蒸发粒子0.几eV；
可形成伪扩散层；
等离子体的清洗和激活基体表面作用；
附着不牢的粒子被清除掉。
③膜材成分广泛：靶材种类——块体、颗粒、粉体； 单质、化合物、混合物；
第四章 真空溅射镀膜 Vacuum Sputtering Coating
教学重点：溅射镀膜原理；磁控溅射靶； 靶的磁场分布计算；典型镀膜机
4.1 溅射技术 Sputtering Technique
1）定义： 溅射——用荷能粒子（气体正离子）轰击物体，从而
引起物体表面原子从母体中逸出的现象及过程。
③功率效率=沉积速率（nm / min ）/靶功率密度 （W/cm2）
最大功率密度 功率过大会引起靶开裂、升华、熔化。
是限制沉积速率的重要因素；水冷系统的主要设计依 据
4.4 射频溅射镀膜
R.F.(Radio Frequency) Sputtering Coating
1）原理： 解决绝缘材料的溅射 A+入射轰击，维持10-7s电位抵消，反转电极 e入射中和，维持10-9s，电荷中和 射频电源：频率13.56MHz 正负半周各在10-7s左右
磁控溅射的特点：
① 电子利用率高，低气压、低电压下能产生较多正离 子——溅射速率高；
② 电子到达基片时是低能状态，升温作用小——基片 温度低；
③ 放电集中于靶面；
④ 沉积速率大。
1）磁控靶
设计要点：①产生均匀正 交电磁场，电场⊥，磁场 ∥。关心水平磁场的强度 和分布。
②磁场形成封闭回路，电 子在其中循环飞行。
来源 气体
要求 处于溅射能量阈 要求）
低压气体环境（输运过程的
4.2 直流溅射镀膜
D.C. Sputtering Technique
1）二极溅射
①原理：异常辉光放电产生正离子 ②结构： 镀膜室 基片架及基片 溅射靶 加热装置（促进发射电子） 充气系统——工作气体Ar气，反应气体 抽气系统——本底真空 10-3Pa， 工作真空 1~10Pa 电气系统——放电电源
特点：气体极易被击穿，所以击穿（破裂）电压和放电
电压仅为直流溅射 1
10
2）装置 射频二极溅射——
射频磁控溅射——二者区别：溅射靶有无磁场
P119，Fig4-32
3）电源 射频源13.56MHz 电阻电容耦合
关键解决屏蔽问题：电源问题 同轴传输导线；
靶；
板
室体——用导体 观察窗——金属网或旋转挡
③防止非靶材成分的溅射， 加屏蔽罩。屏蔽间隙δ＜ 2re
结构形式:107 Fig4-15
①圆平面靶
②矩形平面靶
③同轴圆柱靶
④S枪（圆锥靶）
⑤旋转圆柱靶（柱形平面靶）
⑥特殊结构靶
3）工作特性及参数
①电流电压特性： 低压等离子体放电
j K( p)U n
电压↑，电流↑； 气压p↑，放电电压U↓，电流I↑； 与靶的结构有关。 ②沉积速率：单位时间成膜厚度 q r nm / min 相对沉积速率与气压的关系 P110 Fig4-19 沉积速率与靶电流的关系 P110 Fig4-21 沉积速率与靶基距的关系 P110 Fig4-20
膜材成分——单质膜、化合物膜、混合物膜、
多层膜、反应膜；
④组分基本不变，偏析小，不受熔点限制；
⑤成膜速率比蒸发镀膜低，基片温升高，受杂质气体 影响严重。
5）方式： （普通）直流溅射——二级溅射、 三级或四级溅射 （直流）磁控溅射—— 高频溅射——射频溅射 反应溅射——
要点：弹粒子入射——成分 惰性气体Ar+ 放电