第三章_溅射镀膜 ppt课件
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由于正常辉光放电时的电流密度仍比较小，所以有 时溅射选择在非正常辉光放 电区工作。
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（5）非正常辉光放电区 （EF区域）
E点以后，当离子轰击 覆盖整个阴极表面后， 继续增加电源功率， 会使两极间的电流随着电压 的增大而增大 ，进入非正常 辉光放电状态。
特点：电流增大时，两放电极板间电压升高，且阴极电压的大小与电流密 度和气体压强有关。此时辉光已布满整个阴极，再增加电流时，离子层已 无法向四周扩散，正离子层便向阴极靠拢，使正离子层与阴极间距离缩短。 要想提高电流密度，必须增大阴极压降使正离子有更大的能量去轰击阴极， 使阴极产生更多的二次电子。
(3)克鲁克斯暗区- 随着电子继续加速，很快获得了足以引
起气体电离的能量，在此空间产生大量的正离子，而正
离子的质量较大，向阴极的运动速度较慢，故由正离子
组成了空间电荷并在该处聚集起来，使该区域电位升高,
因离子在电场下易于加速并获得所需动能，故大多采 用离子作为轰击粒子。该离子又称入射离子，这种镀膜技 术又称为离子溅射镀膜或淀积。
与此相反，利用溅射也可以进行刻蚀。淀积和刻蚀是 溅射过程的两种应用。
溅射镀膜装置：阴极（靶材）、阳极（基片）、 挡板、溅射气体入口
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§3-1 溅射镀膜的特点
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（6）弧光放电区（FG区域 ） 两极间电压降至很小的数值，电流大小几乎是由外电 阻大小决定，而且电流越大，极间电压越小。
危害： （1）极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间
短路； （2）放电集中在阴极的局部地区，致使电流密度
过大而将阴极烧毁； （3）骤然增大的电流有损坏电源的危险 ；
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巴邢定律--在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V
只与气体 压强P 和电极距离 d 的乘积有关（见图3-2所示）。
在大多数辉光放电溅射过程中要求气体压强低，压强与间距 乘积一般都在最小值的左边，故需要相当高的起辉电压。在 极间距小的电极结构中，经常需要瞬时地增加气体压强以启 动放电。
5μm/min，而溅射速率为0.01～0.5μm/min； （3）基板温升较高和易受杂质气体影响。
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§3-2 溅射的基本原理
溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整
个溅射过程都是建立在辉光放电 的基础之上，不同。直流二极溅射利用的是直流辉光放电； 三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利 用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉 光放电。
与真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点： （1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气
压元素和化合物。 （2）溅射膜与基板之间的附着性好。 （3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高。 （4）膜层可控性和重复性好。 缺点： （1）溅射设备复杂、需要高压装置； （2）溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.1～
电压迅速下降，放电呈现负阻特性。
（4）正常辉光放电区 （DE区域）
当电流增至C点时，极板两端电压突然降低，电流突然增大，并同时出现带有颜 色的辉光，此过程称为气体的击穿，图中电压VB称为击穿电压。
在D点以后，电流与电压无关，即增大电源功率时，电压维持不变，而电流平稳 增加。击穿后气体的发光放电称为辉光放电。
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特点：
（1）电子和正离子是来源于电子的碰撞和正离子的轰 击，即使自然游离源不存在，导电也 将继续下去。
（2）维持辉光放电的电压较低，且不变 。 （3）电流的增大与电压无关，只与阴极板上产生辉光
的表面积有关。 （4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类有
关。气体的压强与阴极的形状对电流密度的大小也有影 响。电流密度随气体压强增加而增大。凹面形阴极的正 常辉光放电电流密度，要比平板形阴极大数十倍左右。
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（1）无光放电(AB区域 )
当两电极加上直流电压时，
由于宇宙线产生的游离离子和
电子是很有限的（这些少量的
正离子和电子在电场下运动，
形成电流），所以开始时电流非常小，仅有10-16～10-14安 培左右。此区是导电而不发光 ，无光放电区。
（2）汤森放电区（BC区 ） 随着电压升高，带电离子和电子获得了足够能量，运动
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辉光放电图
辉光放电图
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(1)阿斯顿暗区- 靠近阴极的一层极薄区域，由于从阴极发
射的电子能量只有1eV左右，不能发生激 发和电离。
(2)阴极辉光区- 紧靠阿斯顿暗区，辉光是在加速电子碰撞
气 体分子后，由于激发态的 气体分子衰变 和进入该 区的 离子复合 而形成中性原子所造成的。
一 准备知识：电子与气体分子的碰撞、激发与电离
二 辉光放电
1．直流辉光放电
辉光放电是溅射的基础。辉光放电是在真空度约为
10～1Pa的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生
的一种放电现象。
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图3-1 表示直流辉光放电的形成过程，亦即两电极之 间的电压随电流的变化曲线。
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速度逐渐加快，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流平 稳增加，但电压却受到电源的高输出阻抗限制而呈一常数。
上述两种放电，都以有自然电离源为前提，如果没有游 离的电子和正离子存在，则放电不会发生。这种放电方式 又称为非自持放电。
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（3）过渡区 （CD区域 ）
离子轰击阴极，释放出二次电子， 二次电子与中性气体分子碰撞， 产生更多的离子，这些离子再轰击 阴极，又产生新的更多的二次电子。 一旦产生了足够多的离子和电子后， 放电达到自持，发生“雪崩点火”， 气体开始起辉，两极间电流剧增，
第三章 溅射镀膜
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4
溅射镀膜的特点 溅射的基本原理 溅射镀膜类型 溅射镀膜的厚度均匀性
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精品资料
“溅射” 是指荷能粒子轰击固体表面（靶）， 使固体原子（或分子）从表面射出的现象。
射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于 轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，
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（5）非正常辉光放电区 （EF区域）
E点以后，当离子轰击 覆盖整个阴极表面后， 继续增加电源功率， 会使两极间的电流随着电压 的增大而增大 ，进入非正常 辉光放电状态。
特点：电流增大时，两放电极板间电压升高，且阴极电压的大小与电流密 度和气体压强有关。此时辉光已布满整个阴极，再增加电流时，离子层已 无法向四周扩散，正离子层便向阴极靠拢，使正离子层与阴极间距离缩短。 要想提高电流密度，必须增大阴极压降使正离子有更大的能量去轰击阴极， 使阴极产生更多的二次电子。
(3)克鲁克斯暗区- 随着电子继续加速，很快获得了足以引
起气体电离的能量，在此空间产生大量的正离子，而正
离子的质量较大，向阴极的运动速度较慢，故由正离子
组成了空间电荷并在该处聚集起来，使该区域电位升高,
因离子在电场下易于加速并获得所需动能，故大多采 用离子作为轰击粒子。该离子又称入射离子，这种镀膜技 术又称为离子溅射镀膜或淀积。
与此相反，利用溅射也可以进行刻蚀。淀积和刻蚀是 溅射过程的两种应用。
溅射镀膜装置：阴极（靶材）、阳极（基片）、 挡板、溅射气体入口
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§3-1 溅射镀膜的特点
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（6）弧光放电区（FG区域 ） 两极间电压降至很小的数值，电流大小几乎是由外电 阻大小决定，而且电流越大，极间电压越小。
危害： （1）极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间
短路； （2）放电集中在阴极的局部地区，致使电流密度
过大而将阴极烧毁； （3）骤然增大的电流有损坏电源的危险 ；
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巴邢定律--在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V
只与气体 压强P 和电极距离 d 的乘积有关（见图3-2所示）。
在大多数辉光放电溅射过程中要求气体压强低，压强与间距 乘积一般都在最小值的左边，故需要相当高的起辉电压。在 极间距小的电极结构中，经常需要瞬时地增加气体压强以启 动放电。
5μm/min，而溅射速率为0.01～0.5μm/min； （3）基板温升较高和易受杂质气体影响。
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§3-2 溅射的基本原理
溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整
个溅射过程都是建立在辉光放电 的基础之上，不同。直流二极溅射利用的是直流辉光放电； 三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利 用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉 光放电。
与真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点： （1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气
压元素和化合物。 （2）溅射膜与基板之间的附着性好。 （3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高。 （4）膜层可控性和重复性好。 缺点： （1）溅射设备复杂、需要高压装置； （2）溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.1～
电压迅速下降，放电呈现负阻特性。
（4）正常辉光放电区 （DE区域）
当电流增至C点时，极板两端电压突然降低，电流突然增大，并同时出现带有颜 色的辉光，此过程称为气体的击穿，图中电压VB称为击穿电压。
在D点以后，电流与电压无关，即增大电源功率时，电压维持不变，而电流平稳 增加。击穿后气体的发光放电称为辉光放电。
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特点：
（1）电子和正离子是来源于电子的碰撞和正离子的轰 击，即使自然游离源不存在，导电也 将继续下去。
（2）维持辉光放电的电压较低，且不变 。 （3）电流的增大与电压无关，只与阴极板上产生辉光
的表面积有关。 （4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类有
关。气体的压强与阴极的形状对电流密度的大小也有影 响。电流密度随气体压强增加而增大。凹面形阴极的正 常辉光放电电流密度，要比平板形阴极大数十倍左右。
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（1）无光放电(AB区域 )
当两电极加上直流电压时，
由于宇宙线产生的游离离子和
电子是很有限的（这些少量的
正离子和电子在电场下运动，
形成电流），所以开始时电流非常小，仅有10-16～10-14安 培左右。此区是导电而不发光 ，无光放电区。
（2）汤森放电区（BC区 ） 随着电压升高，带电离子和电子获得了足够能量，运动
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辉光放电图
辉光放电图
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(1)阿斯顿暗区- 靠近阴极的一层极薄区域，由于从阴极发
射的电子能量只有1eV左右，不能发生激 发和电离。
(2)阴极辉光区- 紧靠阿斯顿暗区，辉光是在加速电子碰撞
气 体分子后，由于激发态的 气体分子衰变 和进入该 区的 离子复合 而形成中性原子所造成的。
一 准备知识：电子与气体分子的碰撞、激发与电离
二 辉光放电
1．直流辉光放电
辉光放电是溅射的基础。辉光放电是在真空度约为
10～1Pa的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生
的一种放电现象。
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66
图3-1 表示直流辉光放电的形成过程，亦即两电极之 间的电压随电流的变化曲线。
2020/10/28
速度逐渐加快，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流平 稳增加，但电压却受到电源的高输出阻抗限制而呈一常数。
上述两种放电，都以有自然电离源为前提，如果没有游 离的电子和正离子存在，则放电不会发生。这种放电方式 又称为非自持放电。
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（3）过渡区 （CD区域 ）
离子轰击阴极，释放出二次电子， 二次电子与中性气体分子碰撞， 产生更多的离子，这些离子再轰击 阴极，又产生新的更多的二次电子。 一旦产生了足够多的离子和电子后， 放电达到自持，发生“雪崩点火”， 气体开始起辉，两极间电流剧增，
第三章 溅射镀膜
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4
溅射镀膜的特点 溅射的基本原理 溅射镀膜类型 溅射镀膜的厚度均匀性
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精品资料
“溅射” 是指荷能粒子轰击固体表面（靶）， 使固体原子（或分子）从表面射出的现象。
射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于 轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，