磁控溅射靶材

（１）磁控溅射：
① 传统溅射方法缺点：
•沉积速率低； •工作气压高； •气体分子对薄膜污染高
② 磁控溅射原理：
垂直方向分布的磁力线将电子约束在 靶材表面附近，延长其在等离子体中 的运动轨迹，提高电子与气体分子的 碰撞几率和电离过程。
离子的种类关系不大、与靶材有关。
金属元素
Ti Cr Fe Cu Zr Ag Au
离子溅射阈值/eV Ne Ar Kr Xe 22 20 17 18 22 22 18 20 22 20 25 23 17 17 16 15 23 22 18 25 12 15 15 17 20 20 20 18
元素升华热/eV
Xe Kr Ne Ar
•离子入射角度的影响： •材料（靶材）特性的影响：
•靶材温度的影响： •表面氧化的影响： •合金化的影响：
Sputtering Yield for argon ion bombardment at 600 eV
溅射产额（0.01-4）之间
溅射原子能量和速度：
能量呈麦克斯韦分布，平均在10eV左右。溅射原子能量与靶材、入 射离子种类和能量有关。
在超声空化作用一定时间后，被清洗件上的污垢逐渐脱落(当然也
有清洗液本身的作用在内)，这就是超声波清洗的基本原理。
（２）溅射镀膜沉积系统：
①溅射真空室组件： 真空室（不锈钢材料制造、氩弧焊接、表面进行化学抛光处理），真 空室组件上焊有各种规格的法兰接口。
②溅射靶组件 ： 锌靶材数量，靶内有水冷，电动控制挡板组件，靶配有屏蔽罩
１.物理气相沉积（PVD）：
在真空条件下，用物理的方法将材料汽化成原子、分子或电离成离子， 并通过气相过程在衬底上沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
• 从原材料中发射粒子 通过蒸发、升华、溅射和分解等过程
• 粒子输运到基片 （粒子间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运
动方向的变化）； • 粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜
⑦各种配件及计算机控制系统：
机械真空泵：
真空系统
A C
B
旋片式机械泵工作过程图
分子泵：
泵壳、主轴、转子叶片和定子叶片； 抽气组件由转子叶片和定子叶片相间 排列组成；
热偶真空计（测量低真空）：
通过热电偶直接测量热丝温度的变化，热电偶产生的 电动势就可以表征规管内的压力。气体压强和热电偶 的电动势之间存在的关系：
（１）超声波清洗机：
HB-1990QT型
•超声波工作时间可调； •清洗温度在20-80范围可调，可恒温控制溶液温度； •工作频率：42000Hz •功率：200W
超声波清洗时，在超声波的作用下，机械振动传到清洗液中，使清洗液 体内交替出现疏密相间的振动，液体不断受到拉伸和压缩。疏的地方受 到拉伸，形成微气泡(空穴)；密的地方受到压缩。由于清洗液内部受超 声波的振动而频繁地拉伸和压缩，其结果使微气泡不断地产生和不断地 破裂。微气泡破裂时，周围的清洗液以巨大的速度从各个方向伸向气泡 的中心，产生水击。这种现象可以通过肉眼直接观察到，即在清洗液中 可以看到有剧烈活动的气泡，而且清洗液上下对流。此时若将手指浸入 清洗液中，则有强烈针刺的感觉。上述这种现象称为超声空化作用。
4.40 5.28 4.12 3.53 6.14 3.35 3.90
溅射产额：
入射离子轰击靶材时，平均每个正离子能从靶材打出的原子数。
• 入射离子能量影响：＜150eV，平方关系； 150eV-10keV，变化不大；＞10keV，下降。
•入射离子的种类影响：溅射产额随入射原子 序数增加而周期性增加。
程。
二、实验内容
（１）基片的清洗。 （２）低真空和高真空的获得与测量，使用真空计进行真空的跟
踪测量。 （３）设定实验工艺参数、利用反应磁控溅射方法制备ZnO薄膜。
三、实验仪器设备和材料
１、试样：
玻璃和硅基片、氩气、氧气、Zn靶、丙酮、酒精。
２、实验设备：
（１）超声清洗器； （２）高真空磁控溅射镀膜系统。
③基片水冷加热台组件： 基片尺寸、基片加热温度、基片回转、基片加负偏压
④工作气路： 质量流量控制器、进气截止阀、混气室、管路、接头
⑤抽气机组及阀门、管道： 复合分子泵、机械泵、电磁隔断放气阀、联接金属软管
⑥真空测量及电控系统： 电源机柜、总控制电源、水流报警系统、样品加热控温电源、靶挡板 电源、加热烘烤及照明电源、热偶规、电离规、质量流量显示器、分 子泵控制电源、射频电源、直流电源、直流偏压电源
P
电离真空计（测量高真空）：
利用某种手段使进入规管中的部分气体 分子发生电离，收集这些离子形成离子 流；由于被测气体分子所产生的离子流 在一定压力范围内与气体的压力成正比 关系，通过离子流的大小反映出被测气 体压强。
I+=kIeP
由阴极、阳极和离子收集极三电极组成。
四、实验原理
1. 物理气相沉积介绍 2. 溅射镀膜的基本原理 3. 溅射沉积方法 4. ZnO薄膜
•Z大溅射原子逸出时能量高，Z小逸出的速度高。 •同轰击能量下，溅射原子逸出能量随入射离子的质量而线形增加。 •溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，达到某一高 值时，平均能量趋于恒定。
3.溅射沉积方法：
溅射方法根据特征可分为：直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应溅射。
I-V characteristics of three different methods used for sputtering
薄膜材料与技术
实验一
反应磁控溅射方法制备ZnO薄 膜实验
提纲：
一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器设备和材料 四、实验原理 五、实验方法和步骤 六、实验报告要求 七、实验注意事项 八、思考题
一Βιβλιοθήκη Baidu实验目的
（１）通过本实验使学生了解真空泵的使用方法和真空计的测量原理。 （２）使学生了解并熟悉磁控溅射镀膜系统的结构和使用方法。 （３）掌握磁控溅射镀膜的工艺原理及在基片上沉积ZnO薄膜的工艺过
2.溅射镀膜的基本原理：
溅射：荷能粒子轰击固体表面，当表面原子获得足够大的动能而脱离固
体表面，从而产生表面原子的溅射。
溅射是轰击粒子与靶原子之间动量传递的结果
（１）入射离子的产生：
直流辉光放电区域可分为8个发光强度不同的区域。实际镀膜过程采用异 常辉光放电。
（２）溅射主要参数：
溅射阈值：将靶材原子溅射出来所需的入射离子最小能量值。与入射