薄膜制备与测试
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铁执玲. 真空技术，西安：西安交通大学出版社. 田民波,刘德令．薄膜科学与技术手册［M］． 北京:机械工业出版社,1991
直流溅射是在低真空条件下制 备金属薄膜，通过测试薄膜厚度、 电阻率特性，分析工艺参数对薄膜 性能的影响规律。
基础理论
辉 光 放 电
辉光放电是气体放电的一种类型，它是一种 稳定的自持放电。它的最简单装置是在真空放 电室中安置两个电极，阴极为冷阴极，通入压 强为0.1~10Pa的氩气，当外加直流高压超过着 火电压（起始放电电压）Vs时，气体就由绝缘 体变成良好的导体，电流突然上升，两极间电 压降突然下降。此时，两极空间就会出现明暗 相间的光层，称气体的这种放电为辉光放电。
低真空条件下金属薄膜的制备工艺与电性能研究
制备薄膜样品
制备薄膜样品
真空室结构示意图
制备薄膜样品
清洗工作
基片清洗流程
1. 裁切载玻片，尺寸为2.5cm×1.2cm 2. 将基片放入丙酮中超声清洗5分钟
3. 用去离子水冲洗基片
4. 放入乙醇中超声清洗5分钟 5. 用吹风机冷风吹干
清洗工作
靶材清洗和真空室清洗
讨论
2-E 连续薄膜
2-D 孔穴结构
讨论
分析与讨论
薄膜形成过程中方阻的变化
工艺条件对薄膜表面晶粒的影响
分析与讨论
薄膜厚度d (nm)
100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0.000 0 2 4 6 8 10 12
薄膜厚度 d=8.8t
沉积时间t (min)
第1组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA）金薄膜
• 银D=10.8t
讨论
讨论
薄膜厚度与沉积时间的关系
1 2
显示器件
成膜技术应用
半导体元件
磁记录
对比
小型离子溅射仪与其他成膜设备
其他成膜设备
1. 设备结构复杂 2. 操作复杂 3. 价格昂贵 4. 需要高真空 5. 膜层致密
小型离子溅射仪
1. 设备小型简单 2. 操作简单 3. 价格相对便宜 4. 低真空条件工作
主要参考文献
王力衡,黄运添,郑海涛．薄膜技术［M］． 北京:清华大学出版社,1991
第4组（压强：8Pa，极间距离：40mm，电流：8mA）金薄膜
讨论
讨论
沉积时间对薄膜方阻的影响
随着沉积时间的增长，薄膜的方阻逐渐 下降，曲线先是大幅度下降，之后随着时
间的增长，薄膜方阻变化平缓，最终将维
持在一个稳定的数值附近。
分析
分析
R（Ω/□）
极间距离对薄膜方阻的影响
t（min)
第2组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：8mA）金薄膜 第4组（压强：8Pa，极间距离：40mm，电流：8mA）金薄膜
基础理论
直流（二极）辉光放电型溅射
绝缘体
高压电源 气体导入口
基片
阴极（靶）
阳极
真空泵
实验内容
制备薄膜样品
薄膜厚度测量
薄膜方阻测量 SEM表面分析
制备薄膜样品
设备介绍
JS-1600小型离子溅射仪介绍
JS-1600小型离子镀膜仪系统 JS-1600小型离子镀膜仪主机 真空室结构
制备薄膜样品
JS-1600小型离子溅射仪系统
金薄膜厚度与沉积时间呈较好的线性关系 金薄膜厚度d(nm)与溅射时间t(min)的关系为：
d 8.8t
沉积速率为8.8nm/min
分析
分析
薄膜方阻R（Ω/□）
沉积时间对薄膜方阻的影响
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12
薄膜方阻
沉积时间 t（min)
辉光放电示意图
阿斯顿暗区
克鲁克斯暗区
正离子柱区
阴极暗区
阴极
阳极
（一）
（十）
阴极辉光区
负辉光区
法拉第暗区
阳极辉区
基础理论
溅射现象与溅射镀膜
用带有几十电子伏特以上动能的粒子或 粒子束照射固体表面，靠近固体表面的 原子会获得入射粒子所带能量的一部分 进而在真空中放出，这种现象称为溅射 现象。 溅射出来的物质淀积到基片或工件表面 形成薄膜的方法称为溅射镀膜法。
厚 度 测 量
6JA光学干涉显微镜
厚 度 测 量
薄膜
基底
d
w
光学干涉显微镜原理图
台阶状薄膜
厚 度 测 量
划 痕
N4 N1 S间 S移 N3 N2
N3 N4 d 270 .0 (nm) N 2 N1
台阶状薄膜使干涉条纹移动
方 阻 测 量
测量仪器
四探针测试仪
方阻测量
方阻测量结果
方 阻 测 量
讨论
分析与讨论
薄 膜 形 成 过 程
成核阶段
小岛阶段
网络阶段
连续薄膜
讨论
小 岛 阶 段
样品3-A（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA，沉积时间2min）金薄膜
低真空条件下金属薄膜的制备工艺与电性能研究
结
网 状 阶 段
论
样品3-A（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA，沉积时间4min）金薄膜
沉积时间 t（min)
第1组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA）金薄膜 第2组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：8mA）金薄膜
讨论
讨论
溅射电流对薄膜方阻的影响
当溅射电流增大时，相同的时间内中
有更多的入射离子撞向靶材，产生更多
的溅射粒子，基片上沉积的薄膜更厚， 因而其方阻会变小。
电子科学与技术系 固体电子学教学实验
实验一
源自文库
金属薄膜的制备与测试
实验目的要求
了解真空系统的组成、各部分的作用 掌握真空的获得与测量
目的1
目的2
学习真空蒸发制备金属薄膜原理和方法 学习直流溅射制备金属薄膜原理和方法
目的3
研究制备工艺对薄膜性能的影响 初步了解薄膜形成的机理
真空镀膜技术应用
太阳能利用 集成光学
四探针测试仪
方阻测量
V V
1
2
3
4
1
2
3
4
被测样品
被测样品
（a） I14V23组合
(b) I13V24组合
四探针测试原理
V23=( V23+ ＋V23-)/2 V24=(V24+ ＋V24-)/2
Ｒ□ ＝K· 23/I ) (单位：Ω/□) (V
分析与讨论
分析
薄膜厚度与沉积时间的关系
120.000
制备薄膜样品
镀膜过程
镀膜工艺流程
工艺参数
镀膜工艺参数的选择
氩气压强 溅射时间
极间距离
溅射电流
制备薄膜样品
制样
制取金薄膜样品
制样
制取银薄膜样品
制备薄膜样品
银薄膜样品
金薄膜样品
测量与测试
厚度测量 方阻测量 SEM表面分析
厚 度 测 量
测量仪器
6JA光学干涉显微镜
第1组金薄膜厚度测量结果
厚度测量
讨论
讨论
极间距离对薄膜方阻的影响
当极间距离增大时，溅射粒子从靶 材到基片的飞行距离增加，碰撞次数增 多，受到的散射作用也更强，所以最终
沉积到基片上的粒子减少，导致薄膜的
厚度减小，继而极间距离的增加导致了 薄膜方阻的增大。
分析
分析
溅射电流对薄膜方阻的影响
薄膜方阻 R（Ω/□）
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 1组（4mA-20mm) 2组（8mA-20mm）
直流溅射是在低真空条件下制 备金属薄膜，通过测试薄膜厚度、 电阻率特性，分析工艺参数对薄膜 性能的影响规律。
基础理论
辉 光 放 电
辉光放电是气体放电的一种类型，它是一种 稳定的自持放电。它的最简单装置是在真空放 电室中安置两个电极，阴极为冷阴极，通入压 强为0.1~10Pa的氩气，当外加直流高压超过着 火电压（起始放电电压）Vs时，气体就由绝缘 体变成良好的导体，电流突然上升，两极间电 压降突然下降。此时，两极空间就会出现明暗 相间的光层，称气体的这种放电为辉光放电。
低真空条件下金属薄膜的制备工艺与电性能研究
制备薄膜样品
制备薄膜样品
真空室结构示意图
制备薄膜样品
清洗工作
基片清洗流程
1. 裁切载玻片，尺寸为2.5cm×1.2cm 2. 将基片放入丙酮中超声清洗5分钟
3. 用去离子水冲洗基片
4. 放入乙醇中超声清洗5分钟 5. 用吹风机冷风吹干
清洗工作
靶材清洗和真空室清洗
讨论
2-E 连续薄膜
2-D 孔穴结构
讨论
分析与讨论
薄膜形成过程中方阻的变化
工艺条件对薄膜表面晶粒的影响
分析与讨论
薄膜厚度d (nm)
100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0.000 0 2 4 6 8 10 12
薄膜厚度 d=8.8t
沉积时间t (min)
第1组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA）金薄膜
• 银D=10.8t
讨论
讨论
薄膜厚度与沉积时间的关系
1 2
显示器件
成膜技术应用
半导体元件
磁记录
对比
小型离子溅射仪与其他成膜设备
其他成膜设备
1. 设备结构复杂 2. 操作复杂 3. 价格昂贵 4. 需要高真空 5. 膜层致密
小型离子溅射仪
1. 设备小型简单 2. 操作简单 3. 价格相对便宜 4. 低真空条件工作
主要参考文献
王力衡,黄运添,郑海涛．薄膜技术［M］． 北京:清华大学出版社,1991
第4组（压强：8Pa，极间距离：40mm，电流：8mA）金薄膜
讨论
讨论
沉积时间对薄膜方阻的影响
随着沉积时间的增长，薄膜的方阻逐渐 下降，曲线先是大幅度下降，之后随着时
间的增长，薄膜方阻变化平缓，最终将维
持在一个稳定的数值附近。
分析
分析
R（Ω/□）
极间距离对薄膜方阻的影响
t（min)
第2组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：8mA）金薄膜 第4组（压强：8Pa，极间距离：40mm，电流：8mA）金薄膜
基础理论
直流（二极）辉光放电型溅射
绝缘体
高压电源 气体导入口
基片
阴极（靶）
阳极
真空泵
实验内容
制备薄膜样品
薄膜厚度测量
薄膜方阻测量 SEM表面分析
制备薄膜样品
设备介绍
JS-1600小型离子溅射仪介绍
JS-1600小型离子镀膜仪系统 JS-1600小型离子镀膜仪主机 真空室结构
制备薄膜样品
JS-1600小型离子溅射仪系统
金薄膜厚度与沉积时间呈较好的线性关系 金薄膜厚度d(nm)与溅射时间t(min)的关系为：
d 8.8t
沉积速率为8.8nm/min
分析
分析
薄膜方阻R（Ω/□）
沉积时间对薄膜方阻的影响
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12
薄膜方阻
沉积时间 t（min)
辉光放电示意图
阿斯顿暗区
克鲁克斯暗区
正离子柱区
阴极暗区
阴极
阳极
（一）
（十）
阴极辉光区
负辉光区
法拉第暗区
阳极辉区
基础理论
溅射现象与溅射镀膜
用带有几十电子伏特以上动能的粒子或 粒子束照射固体表面，靠近固体表面的 原子会获得入射粒子所带能量的一部分 进而在真空中放出，这种现象称为溅射 现象。 溅射出来的物质淀积到基片或工件表面 形成薄膜的方法称为溅射镀膜法。
厚 度 测 量
6JA光学干涉显微镜
厚 度 测 量
薄膜
基底
d
w
光学干涉显微镜原理图
台阶状薄膜
厚 度 测 量
划 痕
N4 N1 S间 S移 N3 N2
N3 N4 d 270 .0 (nm) N 2 N1
台阶状薄膜使干涉条纹移动
方 阻 测 量
测量仪器
四探针测试仪
方阻测量
方阻测量结果
方 阻 测 量
讨论
分析与讨论
薄 膜 形 成 过 程
成核阶段
小岛阶段
网络阶段
连续薄膜
讨论
小 岛 阶 段
样品3-A（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA，沉积时间2min）金薄膜
低真空条件下金属薄膜的制备工艺与电性能研究
结
网 状 阶 段
论
样品3-A（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA，沉积时间4min）金薄膜
沉积时间 t（min)
第1组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：4mA）金薄膜 第2组（压强：8Pa，极间距离：20mm，电流：8mA）金薄膜
讨论
讨论
溅射电流对薄膜方阻的影响
当溅射电流增大时，相同的时间内中
有更多的入射离子撞向靶材，产生更多
的溅射粒子，基片上沉积的薄膜更厚， 因而其方阻会变小。
电子科学与技术系 固体电子学教学实验
实验一
源自文库
金属薄膜的制备与测试
实验目的要求
了解真空系统的组成、各部分的作用 掌握真空的获得与测量
目的1
目的2
学习真空蒸发制备金属薄膜原理和方法 学习直流溅射制备金属薄膜原理和方法
目的3
研究制备工艺对薄膜性能的影响 初步了解薄膜形成的机理
真空镀膜技术应用
太阳能利用 集成光学
四探针测试仪
方阻测量
V V
1
2
3
4
1
2
3
4
被测样品
被测样品
（a） I14V23组合
(b) I13V24组合
四探针测试原理
V23=( V23+ ＋V23-)/2 V24=(V24+ ＋V24-)/2
Ｒ□ ＝K· 23/I ) (单位：Ω/□) (V
分析与讨论
分析
薄膜厚度与沉积时间的关系
120.000
制备薄膜样品
镀膜过程
镀膜工艺流程
工艺参数
镀膜工艺参数的选择
氩气压强 溅射时间
极间距离
溅射电流
制备薄膜样品
制样
制取金薄膜样品
制样
制取银薄膜样品
制备薄膜样品
银薄膜样品
金薄膜样品
测量与测试
厚度测量 方阻测量 SEM表面分析
厚 度 测 量
测量仪器
6JA光学干涉显微镜
第1组金薄膜厚度测量结果
厚度测量
讨论
讨论
极间距离对薄膜方阻的影响
当极间距离增大时，溅射粒子从靶 材到基片的飞行距离增加，碰撞次数增 多，受到的散射作用也更强，所以最终
沉积到基片上的粒子减少，导致薄膜的
厚度减小，继而极间距离的增加导致了 薄膜方阻的增大。
分析
分析
溅射电流对薄膜方阻的影响
薄膜方阻 R（Ω/□）
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 1组（4mA-20mm) 2组（8mA-20mm）