ITO真空溅射镀膜汇总

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 1Baidu Nhomakorabea-3Pa， 工作真空 1~10Pa 电气系统——放电电源
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
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。
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。
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
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
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
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
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。
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
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；
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